人工势场法在移动机器人路径规划中的改进

随着智慧工厂的逐渐发展, 移动机器人在工厂中的应用越来越广泛, 但是在工厂中障碍物较多, 使用传统人工势场法容易产生目标不可达以及局部最小值等问题. 本文针对传统人工势场法在路径规划中出现的目标不可达以及局部最优解进行改进. 首先针对目标不可达的情况, 采用新斥力势场函数, 通过对原人工势场法中的斥力势场函数增加影响函数, 从而解决目标不可达; 其次针对局部最优解, 采用人工势场法与模拟退火法相结合的方法, 利用模拟退火法中的增设子目标点, 打破平衡状态, 从而走出障碍物. 最后通过Matlab对比, 本文算法在10个障碍物中比其他文献中算法的行驶时间提升6.70%, 路径长度减少9.20%. 本文算法在20个障碍物中比其他文献中算法的行驶时间提升9.10%, 路径长度减少12.10%.     

基于势场栅格法的移动机器人避障路径规划

针对传统人工势场法应用于移动机器人避障路径规划存在的缺陷,建立了改进的人工势场模型,通过在障碍物的斥力势场函数中增加最小安全距离,同时考虑机器人与目标点的相对距离,成功地解决了障碍物附近目标不可达(Good Nonreachable with Obstacles Nearby GNRON)的问题。此外,针对传统人工势场法的局部极小点和障碍物附近目标不可达同时存在的问题,提出了以改进人工势场法为主,栅格法为辅的方案来实施避障,使得机器人能够尽快地脱离局部极小并成功地绕过障碍物到达目标点。采用栅格法对改进人工势场法做辅助决策,弥补了改进人工势场法的不足,使机器人能够顺利到达势场的全局最小点,提高了避障路径规划的安全性和可达性。论文利用Matlab进行了算法仿真,结果证明了所提方法的正确性和有效性。     

基于改进人工势场-鱼群算法的LBS最短路径修正研究

LBS(Location Based Service),即基于位置的服务,是通过无线通信设施或是外部定位方式取得移动终端用户位置信息,在GIS系统的支持下,为用户提供相应位置服务的一种增值服务。以LBS系统中动态目标的追踪为研究对象,通过对基础人工势场法进行研究,提出一种改进人工势场法:在引力场中加入速度因素,使其能追踪动态目标。同时,由于复杂环境的多变性,将改进人工势场法与人工鱼群算法相结合,对路径进行评估和修正,获得最优路径。仿真实验显示,该算法在LBS系统中的有效性,同时与一般智能算法相比,基于改进人工势场-鱼群算法到达目标时间明显缩短,提高了搜索效率。     

基于改进人工蚁群算法的LBS最短路径研究

对LBS动态目标查找的研究,是为用户提供最短路径.通过对基础人工势场法进行改进,提出一种改进式人工势场法,构造出虚拟的引力场和斥力场,生成用户避障和移动的综合信息,同时将与蚁群算法相结合,从而寻找用户至目标的最短路线.改进算法有效的将改进式人工势场法和蚁群算法紧密结合在一起,通过对比,提高了普通蚁群算法的收敛速度.仿真证明所提算法在LBS最短路径应用中的有效性,同时该算法与传统蚁群算法相对比,证明算法有效的提高了搜索效率.     

结合预设航线的多旋翼无人机避障算法

针对现有多旋翼无人机使用人工势场法进行避障的研究中,仅考虑目标点的安全抵达,少有考虑按预设航线飞行的作业需求,通过在人工势场法中赋予航线"线势场",将多旋翼无人机的避障与航线飞行进行结合,使无人机避障之后能重回航线.针对传统势场法中的引力场并不适用于无人机,对引力场进行了改进.解决了引入"线势场"后容易导致无人机陷入局部极小点的问题,通过仿真验证了上述改进的效果.     

基于人工势场在机械臂避障路径规划中的研究综述

机械臂路径规划避障是目前机器人领域研究的热点,人工势场因算法简单、高效被越来越多地应用到机械臂路径规划避障中。本文首先介绍了人工势场的原理,分析了传统人工势场存在的目标不可达和局部极小值等问题,并对人工势场在机械臂避障规划中已有的算法进行分类综述,最后对人工势场在机械臂避障方面的发展趋势进行展望。     

基于Q-GA的人工势场的移动机器人路径规划

针对人工势场的路径规划具有目标不可达、合力为零而导致的陷阱,提出了一种基于改进人工势场模型和量子遗传算法相结合的移动机器人路径规划方法。在路径评价指标引入了路径安全性能和路径校正频率,采用量子遗传算法来选择人工势场模型的参数,从而克服其模型缺陷,同时实现了路径和安全性的优化。仿真结果表明,该方法能有效地提高路径规划的性能。     

基于改进人工势场法的移动机器人路径规划

基于传统人工势场法的机器人路径规划存在障碍物附近目标不可达和局部极小点的问题。在研究该问题产生原因的基础上,提出了一种基于改进人工势场法的移动机器人路径规划算法。该算法在斥力函数中引入了机器人和目标点之间的距离,在极小点附近自主建立虚拟目标牵引点并隔离原有目标点,解决了传统人工势场法的局部极小点问题,使机器人到达了目标点。仿真结果说明了改进后算法的有效性。     

改进人工势场法在机器人路径规划中的应用

为解决传统人工势场法用于机器人路径规划时会出现规划失败的问题,分析了由于局部极小点问题而导致规划失败的原因。在已改进人工势场函数的基础上,提出了通过增加虚拟目标点和原目标点共同对机器人产生引力的方法来解决传统人工势场法中出现的局部极小点问题。在Mobotsim中对算法的仿真结果表明了该方法的可行性和有效性。     

考虑机器人尺度的变电站路径规划

在传统的变电站巡检过程中,存在人工任务繁重且效率低下等问题,为了提高变电站中的巡检效率与安全性,提出了一种基于遗传算法和人工势场法巡检机器人的路径规划方法.算法由三部分组成,首先通过Maklink方法对仿真环境进行建模,通过遗传算法求出不考虑安全性的近似最优解;第二部分,在遗传算法求解的基础上,将路径中间节点作为引力点,障碍物的边界作为斥力点,构建人工势场环境模型;第三部分,用改进的人工势场法进行优化,提高路线的安全性.通过在计算机平台上的仿真测试,最终结果表明该方法可以在一定时间之内得到一条安全性更高的路线,使得巡检机器人可以避开障碍物到达指定地点,从而完成巡检电路的任务.上述算法改进了人工势场路径规划方法一直以来根本性的缺陷,如易陷入极值点、易产生路径点震荡等问题,并且利用人工势场路径平滑的特点提高了Maklink路径规划方法的路线安全性.     

改进人工势场法的移动机器人避障轨迹研究

针对传统人工势场法在多障碍物复杂环境的全局路径规划中出现的目标不可达、易陷入陷阱区域以及局部极小点问题,提出一种简化障碍物预测碰撞人工势场法（simplified obstacles and predict collision of artificial potential field method,SOPC-APF）,算法引入预测碰撞思想,在机器人未进入陷阱区域或者极小点问题前做出决策;对于多障碍物的斥力与目标点的引力产生的合力使机器人陷入震荡,提出简化障碍物,即简化为影响范围内目标点一侧的受限障碍物;针对目标不可达问题,在碰撞预测基础上,设定虚拟目标点,经改进的斥力函数引导机器人快速生成一条平滑、平稳、无碰撞的路径。通过与传统算法、改进APF算法以及改进蚁群算法的仿真对比实验表明,SOPC-APF有效解决了人工势场法不适用于多障碍物复杂环境的问题,以及传统算法容易陷入陷阱区域和局部极小点问题。     

面向未知地图的六足机器人路径规划算法

针对移动机器人路径规划中无法准确得知全局地图的问题,提出了一种基于模糊规则和人工势场法的局部路径规划算法。首先,利用测距组与模糊规则,进行障碍物的形状分类,构建局部地图;其次,在人工势场法中引入了一种修正的斥力函数,基于局部地图,利用人工势场法进行局部路径规划;最后,随着机器人的运动,设置时间断点,以减少路径震荡。针对随机障碍物和凹凸障碍物的地图,分别采用传统人工势场法和改进的人工势场法进行仿真,其结果表明：在遇到随机障碍物时,相比传统人工势场法,改进的人工势场法能够显著减少与障碍物的碰撞;在遇到凹凸障碍物时,改进的人工势场法能够很好地完成路径规划的目标。所提算法对地形变化适应能力强,能够实现在未知地图下的六足机器人路径规划。     

移动机器人动态路径规划方法的研究与实现

针对在未知动态障碍物存在且目标点移动的环境下,采用人工势场法规划路径时斥力影响半径往往大于障碍物的半径从而导致动态障碍物与机器人发生碰撞的问题,提出非完全等待策略与Morphine算法相结合的改进人工势场法动态路径规划策略。当动态障碍物与机器人发生侧面碰撞时采用非完全等待策略;当动态障碍物与机器人发生迎面碰撞时采用Morphine算法局部规划路径;同时引入滚动窗口理论提高躲避动态障碍物的精确度。通过仿真实验,与传统人工势场作对比,提出的改进算法在发生侧面碰撞时要缩短12步,在发生迎面碰撞时要缩短6步,由此可得提出改进算法在路径平滑性和规划步数方面效果更优。     

未知环境下单目视觉移动机器人路径规划

针对室内未知环境下的避障和局部路径规划,提出了一种单目移动机器人路径规划算法,该算法通过对环境图像的自适应阈值分割,获取障碍物与地面交线轮廓点集。通过对现有几种单目测距方法的分析比较,提出一种改进的空间几何约束单目视觉测距计算方法,并依据单目测距的几何关系建立了图像坐标系与机器人坐标系的映射,绘建了一定比例的局部地图。在局部地图上通过改进的人工势场算法为机器人规划路径,改进的人工势场算法解决了传统算法目标点不可到达的问题。通过MATLAB进行仿真实验,结果表明该方法可以规划出有效合理的路径。     

固定翼无人机在线航迹规划方法

在不确定环境下,针对固定翼无人机（UAV）航迹规划问题,提出了一种基于滚动时域控制的模糊粒子群优化算法与改进人工势场法相结合的在线航迹规划方法。首先,对凸多边形障碍物进行最小外接圆拟合;然后,根据静态威胁,将规划问题转化为一系列时域窗口内的在线子问题,利用模糊粒子群算法实时优化求解以实现静态避障;当环境中存在动态威胁时,使用改进人工势场法对航迹进行调整完成动态避障。为了满足固定翼无人机的动态约束,同时提出固定翼UAV的碰撞检测法,可提前判断障碍物是否为真正威胁源,以此减少转弯频率和幅度,降低飞行代价。仿真实验结果表明,所提方法在固定翼UAV航迹规划中能有效提升规划速度、稳定性与实时避障能力,且克服了传统人工势场容易陷入局部最优的缺点。     

An obstacle avoidance strategy for complex obstacles based on artificial potential field method

When there are obstacles around the target point, the mobile robot cannot reach the target using the traditional artificial potential field (APF). Besides, the traditional APF is prone to local oscillation in complex terrain such as three-point collinear or semiclosed obstacles. Aiming at solving the defects of traditional APF, a novel improved APF algorithm named back virtual obstacle setting strategy-APF has been proposed in this paper. There are two main advantages of the proposed method. First, by redefining the gravitational function as a logarithmic function, the proposed method can make the mobile robot reach the target point when there are obstacles around the target. Second, the proposed method can avoid falling into local oscillation for both three-point collinear and semiclosed obstacles. Compare with APF and other improved APF, the feasibility of the algorithm is proved through software simulation and practical application.     

基于二重势函数法的集群航路规划

人工势场法由于其在构型组织能力上的不足,影响了该方法在集群航路规划上的应用,为此提出基于二重势函数法的集群航路规划法,通过第一重势能场形成集群到目标的可行路径,通过第二重势能场形成构型,从而实现集群航路规划.此外,针对人工势场法存在无谓避碰、陷阱问题等不足,通过引入碰撞危险度来确定障碍物影响距离以及虚拟障碍物,提出改进的人工势场法.所有改进措施均未改变简单且易于执行的传统势函数模型,为采用人工势场法实现集群航路规划提供了一种思路.仿真结果表明改进的人工势场法很好的克服了不足,所得路径也较为平滑,且以该方法为基础所构成的集群航路规划法在集群航路规划上具有较好的表现.     

基于模糊势场法的移动机器人局部路径规划

针对采用传统人工势场法进行移动机器人局部路径规划时存在的局部极小点和规划路径过长等问题,提出了一种基于虚拟目标点和有限状态机的模糊势场法。构造基于人工势场的虚拟目标点法来解决局部极小点问题,在合适的位置设置虚拟目标点使机器人逃离局部极小点区域。将虚拟目标点法与模糊控制相结合,对障碍物环境进行预测,及时避障,解决机器人在复杂环境中采用虚拟目标点法规划路径时存在的路径过长问题。设计一个有限状态机来判断障碍物环境,执行算法转换策略,使改进算法适用于多种复杂环境。所设计算法在MATLAB平台上进行了仿真验证。结果表明,该算法能够使机器人逃出局部极小点、缩短规划路径。算法不仅适用于简单、离散环境,在传统算法运行困难的、复杂的环境中,例如墙型、U型和多U型障碍物环境,也能规划出可行的优化路径。     

改进人工势场法的四旋翼路径跟随能力研究

为了提高四旋翼无人机航线任务飞行中的路径跟随能力和抗干扰能力,设计了一种基于改进人工势场法的路径跟随算法,该算法针对目前的人工势场法只能逼近目标点和避开障碍点、没有一个很好的路径跟随能力的缺点,通过增加目标航线上的点对无人机的吸引力来驱使无人机在逼近目标航点的同时能较好地跟随航线。构建了四旋翼无人机控制算法仿真,通过仿真无人机在飞航线的多种情况证明,所设计的路径跟随算法具有很强的抗干扰能力以及较高的控制效率。