Deliberative On-Line Local Path Planning for Autonomous Mobile Robots

This paper describes a method for local path planning for mobile robots that combines reactive obstacle avoidance with on-line local path planning. Our approach is different to other model-based navigation approaches since it integrates both global and local planning processes in the same architecture while other methods only combine global path planning with a reactive method to avoid non-modelled obstacles. Our local planning is only triggered when an unexpected obstacle is found and reactive navigation is not able to regain the initial path. A new trajectory is then calculated on-line using only proximity sensor information. This trajectory can be improved during the available time using an anytime algorithm. The proposed method complements the reactive behaviour and allows the robot to navigate safely in a partially known environment during a long time period without human intervention.     

基于混合策略的轮式机器入路径规划方法

快速扩展随机树方法（R RT）是解决具有非完整性约束的轮式机器人路径规划问题的一种有效途径。R RT能够在规划过程中引入机器人动力学约束,但是当环境中存在大量障碍物时,R RT算法的路径搜索效率将会降低。另一方面,R RT算法不具有最优性,限制了其在轮式机器人路径规划中的应用。针对经典R RT算法的不足,提出一种混合的路径规划策略,首先通过路径导引点扩展多树R RT结构,利用多树R RT的局部探索与合并特性快速寻找可通行的区域范围,利用启发式搜索算法在可通行区域内快速寻找动力学可行的机器人运动轨迹。仿真与实车实验表明,该方法能够快速有效地解决复杂障碍物环境下的机器人路径规划问题。     

未知环境下移动机器人遍历路径规划

为提高未知环境下移动机器人遍历路径规划的效率,提出了一种可动态调节启发式规则的滚动路径规划算法.该算法以生物激励神经网络为环境模型,通过在线识别环境信息特征,动态调用静态搜索算法和环绕障碍搜索算法,有效减少了路径的转弯次数.引入虚拟障碍和直接填充算法,解决了u型障碍区域的连续遍历问题.最后通过仿真实验表明了该方法在未知复杂环境下的有效性.     

动态未知环境下一种新的机器人路径规划方法

针对机器人动态路径规划问题,提出了一种机器人在复杂动态环境中实时路径规划方法.该方法基于滚动窗口的路径规划和避障策略,通过设定可视点子目标、绕行障碍物和对动态障碍物的分析预测,实现机器人在复杂动态环境下的路径规划.针对障碍物分布情况,合理设计可视点法和绕行算法之间转换,有效地解决了局部路径规划的死循环与极小值问题.该方...     

Roadmap-based motion planning in dynamic environments

In this paper, a new method is presented for motion planning in dynamic environments, that is, finding a trajectory for a robot in a scene consisting of both static and dynamic, moving obstacles. We propose a practical algorithm based on a roadmap that is created for the static part of the scene. On this roadmap, an approximately time-optimal trajectory from a start to a goal configuration is computed, such that the robot does not collide with any moving obstacle. The trajectory is found by performing a two-level search for a shortest path. On the local level, trajectories on single edges of the roadmap are found using a depth-first search on an implicit grid in state-time space. On the global level, these local trajectories are coordinated using an A/sup */-search to find a global trajectory to the goal configuration. The approach is applicable to any robot type in configuration spaces with any dimension, and the motions of the dynamic obstacles are unconstrained, as long as they are known beforehand. The approach has been implemented for both free-flying and articulated robots in three-dimensional workspaces, and it has been applied to multirobot motion planning, as well. Experiments show that the method achieves interactive performance in complex environments.     

基于自适应动态窗口改进细菌算法与移动机器人路径规划

针对移动机器人在复杂环境下的路径规划问题,提出一种新的自适应动态窗口改进细菌算法,并将新算法应用于移动机器人路径规划。改进细菌算法继承了细菌算法与动态窗口算法（dynamic window algorithm, DWA）在避障时的优点,能较好实现复杂环境中移动机器人静态和动态避障。该改进算法主要分三步完成移动机器人路径规划。首先,利用改进细菌趋化算法在静态环境中得到初始参考规划路径。接着,基于参考路径,机器人通过自身携带的传感器感知动态障碍物进行动态避障并利用自适应DWA完成局部动态避障路径规划。最后,根据移动机器人局部动态避障完成情况选择算法执行步骤,如果移动机器人能达到最终目标点,结束该算法,否则移动机器人再重回初始路径,直至到达最终目标点。仿真比较实验证明,改进算法无论在收敛速度还是路径规划精确度方面都有明显提升。     

实现机器人动态路径规划的仿真系统

针对机器人动态路径规划问题,提出了在动态环境中移动机器人的一种路径规划方法,适用于环境中同时存在已知和未知,静止和运动障碍物的复杂情况。采用栅格法建立机器人空间模型,整个系统由全局路径规划和局部避碰规划两部分组成。在全局路径规划中,用快速搜索随机树算法规划出初步全局优化路径,局部避碰规划是在全局优化路径的同时,通过基于滚动窗口的环境探测和碰撞规则,对动态障碍物实施有效的局部避碰策略,从而使机器人安全顺利地到达目的地。仿真实验结果说明该方法具有可行性。     

基于障碍物运动预测的移动机器人路径规划

针对移动机器人局部动态避障路径规划问题开展优化研究。基于动态障碍物当前历史位置轨迹,提出动态障碍物运动趋势预测算法。在移动机器人的动态避障路径规划过程中,考虑障碍物当前的位置,评估动态障碍物的移动轨迹;提出改进的D*Lite路径规划算法,大幅提升机器人动态避障算法的效率与安全性。搭建仿真验证环境,给出典型的单动态障碍物、多动态障碍物场景,对比验证了避障路径规划算法的有效性。     

基于障碍预估与概率方向权值的移动机器人动态路径规划

主要研究了移动机器人在未知动态环境中的路径规划问题.提出一种将障碍预估与概率方向权值相结合的动态路径规划新方法.该方法将卡尔曼滤波引入到规划算法中,使得对障碍物运动状态的实时有效预估成为可能.同时,为实现移动机器人的实时路径规划,提出一种新的概率方向权值方法,基于周期规划将障碍物与目标信息进行融合,能够有效处理室内环境下对于障碍物的速度和运动轨迹均未知的动态路径规划问题.仿真结果以及基于SmartROB2移动机器人平台所进行的实验结果验证了该方法的有效性和实用性.     

融合动态障碍物运动信息的路径规划算法

传统的路径规划算法只能在障碍物不发生位置变化的环境中计算最优路径。但是随着机器人在商场、医院、银行等动态环境下的普及,传统的路径规划算法容易与动态障碍物发生碰撞等危险。因此,关于随机动态障碍物条件下的机器人路径规划算法需要得到进一步改善。为了解决在动态环境下的机器人路径规划问题,提出了一种融合机器人与障碍物运动信息的改进动态窗口法来解决机器人在动态环境下的局部路径规划问题,并且与优化A*算法相结合来实现全局最优路径规划。主要内容体现为：在全局路径规划上,采用优化A*算法求解最优路径。在局部路径规划上,以动态障碍物的速度作为先验信息,通过对传统动态窗口法的评价函数进行扩展,实现机器人在动态环境下的自主智能避障。实验证明,该算法可以实现基于全局最优路径的实时动态避障,具体表现为可以在不干涉动态障碍物的条件下减少碰撞风险、做出智能避障且路径更加平滑、长度更短、行驶速度更快。     

基于深度强化学习的移动机器人动态路径规划算法

为了在复杂舞台环境下使用移动机器人实现物品搬运或者载人演出,提出了一种基于深度强化学习的动态路径规划算法。首先通过构建全局地图获取移动机器人周围的障碍物信息,将演员和舞台道具分别分类成动态障碍物和静态障碍物。然后建立局部地图,通过LSTM网络编码动态障碍物信息,使用社会注意力机制计算每个动态障碍物的重要性来实现更好的避障效果。通过构建新的奖励函数来实现对动静态障碍物的不同躲避情况。最后通过模仿学习和优先级经验回放技术来提高网络的收敛速度,从而实现在舞台复杂环境下的移动机器人的动态路径规划。实验结果表明,该网络的收敛速度明显提高,在不同障碍物环境下都能够表现出好的动态避障效果。     

基于双层模糊逻辑的多机器人路径规划与避碰

针对无通信情况下的多机器人系统在未知动态环境下的路径规划问题,设计了基于双层模糊逻辑的多机器人路径规划与动态避碰系统。方向模糊控制器充分考虑了障碍物的距离信息和目标的角度信息,转化为机器人与障碍物的碰撞可能性,从而输出转向角度实现机器人的动态避障;速度模糊控制器将障碍物的距离信息作为输入,将速度因子作为输出,提高了多机器人路径规划与动态避碰系统的效率和鲁棒性。在Pioneer3-DX机器人实体上验证了该系统的可行性。     

Sensor-based path planning for nonholonomic mobile robots subject to dynamic constraints

It is generally not easy to achieve smooth path planning in an unknown environment for nonholonomic mobile robots, which are subject to various robot constraints. In this paper, a hybrid approach is proposed for smooth path planning with global convergence for differential drive nonholonomic robots. We first investigate the use of a polar polynomial curve (PPC) to produce a path changing continuously in curvature and satisfying dynamic constraints. In order to achieve path generation in real-time, a computationally effective method is proposed for collision test of the complex curve. Then, a hybrid path planning approach is presented to guide the robot to move forward along the boundary of an obstacle of arbitrary shape, by generating a proper “Instant Goal” (and a series of deliberate motions through PPC curve based path generation) and planning reactively when needed using a fuzzy controller for wall following. The choice of an Instant Goal is limited to the set of candidates that are practically reachable by the robot and that enable the robot to continue following the obstacle. The effectiveness of the proposed approach is verified by simulation experiments.     

移动机器人未知环境避障研究

针对移动机器人的避障问题,以AS-R移动机器人为实验平台,提出了一种改进人工势场和模糊逻辑相结合的路径规划方法.对于未知障碍物环境采用人工势场法进行实时路径规划,对于动态近距离动态障碍物采用模糊逻辑方法引导机器人做出避障行为.为了有效将2种方法结合,根据传感器信息对于人工势场方法引入转角的信任度,机器人运行方向由上述2...     

动态环境下多重A*算法的机器人路径规划方法

传统的A*算法仅适用于全局的静态环境,在求解路径规划问题时存在搜索效率低,路径不平滑等不足。针对这些问题,进行了以下改进：优化全局路径节点,引入删除冗余点准则与新增节点准则,使得全局路径更加平滑,更符合机器人运动学规律;结合滚动窗口法的思想,在每个滚动窗口内进行局部路径规划,首先根据前一步的节点信息确定局部子目标区域,然后在局部子目标区域内引入避障控制策略进行实时避障。最后通过Matlab软件建立多种栅格地图仿真,从路径轨迹的平滑度、搜索效率与局部规划能力方面将改进后的算法与原算法进行对比,并在动态环境下进行仿真分析,仿真结果表明改进后算法拥有良好局部规划能力,且路径轨迹更加平滑,在复杂环境下搜索效率更高。     

融合改进A*与DWA算法的移动机器人路径规划

针对移动机器人在复杂环境下实现全局路径最优、未知环境下动态实时避障这一路径规划需求,对传统A*（A-star）算法进行改进,并融合动态窗口法（DWA）实现动态实时避障。首先分析栅格环境下的障碍物占比,将障碍物占比引入传统A*算法,优化启发函数h(n),从而改进评价函数f(n),提高其在不同环境下的搜索效率;其次针对复杂栅格环境下传统A*算法优化后的轨迹与障碍物顶点相交问题,优化子节点选择方式,同时删除路径中的冗余节点,提高路径的平滑度;最后融合动态窗口法,实现复杂环境下移动机器人的动态实时避障。通过MATLAB下的对比仿真实验表明,改进算法在轨迹长度、轨迹平滑度以及历经时间上得到优化,满足全局最优且能实现动态实时避障,具有更优秀的路径规划效果。     

DYNAMIC ENVIRONMENT ROBOT PATH PLANNING USING HIERARCHICAL EVOLUTIONARY ALGORITHMS

The problem of path planning deals with the computation of an optimal path of the robot, from source to destination, such that it does not collide with any obstacle on its path. In this article we solve the problem of path planning separately in two hierarchies. The coarser hierarchy finds the path in a static environment consisting of the entire robotic map. The resolution of the map is reduced for computational speedup. The finer hierarchy takes a section of the map and computes the path for both static and dynamic environments. Both the hierarchies make use of an evolutionary algorithm for planning. Both these hierarchies optimize as the robot travels in the map. The static environment path is increasingly optimized along with generations. Hence, an extra setup cost is not required like other evolutionary approaches. The finer hierarchy makes the robot easily escape from the moving obstacle, almost following the path shown by the coarser hierarchy. This hierarchy extrapolates the movements of the various objects by assuming them to be moving with same speed and direction. Experimentation was done in a variety of scenarios with static and mobile obstacles. In all cases the robot could optimally reach the goal. Further, the robot was able to escape from the sudden occurrence of obstacles.     

基于Adams和Matlab联合仿真的双足机器人越障研究

与轮行机器人相比,双足机器人具有更灵活的机械结构,具有跨越静态或动态障碍物的能力,使其可以在更复杂的环境中工作;以往的双足机器人路径规划控制策略只能解决静止或以可预测速度运动的障碍物的越障问题,提出了一种基于模糊Q学习算法的路径规划策略,在Adams软件中建立机器人的三维虚拟样机模型,在Matlab软件中设计控制器,进行联合仿真;仿真结果表明所设计的控制策略可以有效地克服机器人在线学习时间长的问题,并且可以成功跨越速度不可预测的运动障碍物,有很好的鲁棒性。     

动态环境中基于改进粒子群的机器人路径规划

提出一种模糊隶属度函数对动态环境中机器人的运动状况进行建模,该建模方法不会无谓地牺牲机器人的可运动空间,可尽量减少机器人路径规划的约束强度;同时提出通过调整位置加权趋向无约束最优解的算子改进粒子群算法,提高算法的寻优速度。仿真结果表明,通过两者结合,可快速获得动态环境中的优化路径。     

足球机器人动态路径规划方法研究

针对机器人足球系统的高度实时性、不确定性,提出了一种基于统计预测的路径规划方法,该方法考虑到障碍物的速度大小和方向的不确定性,用数学统计的方法对障碍物的运动进行建模;机器人在运动过程中,根据得到的环境信息在机器视觉范围内建立预测窗口和避障窗口,在预测窗口内,机器人根据障碍物的信息建立障碍物的预测区域,在避障窗口内,机器人根据自身的位置与障碍物的预测区域,分别调用切线法或滚动窗口法进行路径规划;该方法属于局部路径规划方法,机器人在移动过程中需要不断更新环境信息来进行避障.