基于改进人工势场法的移动机器人路径规划

传统人工势场法处理机器人路径规划时，会出现陷入局部最小值乃至无法运动的问题以及障碍物附近目标不可达问题。针对传统算法的不足，提出一种改进的人工势场法。对引力场进行修改，添加最小引力势能，并在斥力场函数中引入当前点与目标点的欧氏距离，当搜索路径陷入局部最小值不可移动时采用变步长的模拟退火算法进行逃逸。在规划出来的路径上提出一种路径优化算法，对规划出来的路径进行平滑处理。仿真分析表明，改进后的算法能够在较为复杂的静态障碍环境中规划出一条无碰撞的平滑路径，证明了该算法的有效性。     

改进势场蚁群算法下的物料传输平台路径规划

针对传统蚁群算法收敛速度慢、易陷入局部最优与人工势场法目标不可达等问题,在物料传输分拣平台的路径规划中提出了一种改进势场蚁群算法。全局路径规划时,通过增设物料传输时下一节点位置与目标点位置间的距离与动态权重系数以优化启发函数,并考虑信息素启发因子、距离期望函数因子及信息素挥发因子在不同时刻的重要程度不同,采用了因子自适应更新策略。在局部路径规划中,通过引入物料与目标点的距离调节因子和模糊斥力点,改进了传统人工势场法。最后,将全局路径中的拐点作为局部路径中的子目标点,设计了改进势场蚁群融合算法,并对物料传输路径规划进行了仿真分析。仿真结果表明,改进势场蚁群算法可使传输路径长度缩短13.1%,拐点数目减少71.4%,并能有效避开障碍物,从而验证了算法的合理性。     

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。     

飞行器分层势场路径规划算法

传统势场法是飞行器路径规划的一种常用方法,但是存在目标不可达、易收敛到局部极小值和无评价机制等问题.本文针对这些问题提出了一种飞行器路径规划的分层势场算法.利用分段思想对势场函数进行修正,解决了目标不可达问题.引入回环力和飞行器间作用力,解决了易收敛到局部极小值问题和飞行器间的碰撞问题.采用分层方法,建立了多层次多方位路径点阵,并以此计算最优路径点,从而引入了势场法的评价机制.通过数值仿真,对在复杂障碍环境中的飞行器路径规划进行了传统势场法、改进势场法和分层势场法的对比研究.仿真结果验证了所提出的分层势场算法的有效性和可行性.     

移动机器人路径规划的模糊人工势场法研究

静态环境下的路径规划是移动机器人领域非常重要的研究课题。人工势场法由于算法简单、计算量小、运算速度快、实时性好等特点,在移动机器人路径规划中得到了广泛应用,但人工势场法也存在目标不可达和局部极小值问题。针对人工势场法存在的不足,将模糊控制思想引入到移动机器人的路径规划中来,对移动机器人的偏转角进行精确控制。仿真实验结果证明了所提方法的有效性。     

自动化机器人轨迹跟踪与路径规划技术研究

针对复杂环境自动化机器人的路径规划问题,采用改进的人工势场法与改进的A*算法进行路径规划寻优;同时,针对机器人轨迹跟踪控制问题,提出基于干扰观测器的自适应滑模控制算法。结果显示,与传统算法相比,改进后的A*算法的转弯角度减少了37.43%,路径长度减少了2.21%,为机器人提供了安全且平滑的路径,实现了全局路径优化。与传统人工势场法相比,采用改进后的人工势场法不仅使运行时间降低了59.13%,而且使路径长度减少了52.3%,既避免了在障碍物附近震荡,又绕过局部极小值陷阱区域。而基于干扰观测器构建的自适应滑膜控制算法,既能有效降低跟踪误差,又能有效提升机器人轨迹跟踪的收敛速度。因此,自动化机器人轨迹跟踪与路径规划技术研究的创新性,表现为既有效弥补了传统人工势场法的缺点与不足,又实现了自动化机器人轨迹跟踪在线估算最优增益。     

改进的势场蚁群算法的移动机器人路径规划

针对蚁群算法路径规划初期信息素浓度差异较小,正反馈作用不明显,路径搜索存在着盲目性、收敛速度相对较慢、易陷入局部最优等情况,人工势场算法的势场力可引导机器人快速朝目标位置前进,提出势场蚁群算法,通过栅格法对机器人的工作环境进行建模,利用人工势场中的势场力、势场力启发信息影响系数及蚁群算法中机器人与目标位置的距离构造综合启发信息,并利用蚁群算法的搜索机制在未知环境中寻找一条最优路径。大量的仿真实验表明势场蚁群算法路径规划能找到更优路径和收敛速度更快。     

一种用Powell方法局部优化的人工萤火虫算法

针对人工萤火虫算法在寻找函数全局最优值时,存在着收敛速度慢、易陷入局部最优、收敛成功率和求解精度低等不足,利用Powell方法强大的局部优化能力,将其作为一局部搜索算子嵌入到人工萤火虫算法,提出一种用Powell方法局部优化的人工萤火虫算法。最后,8个标准函数测试结果表明,改进后人工萤火虫算法在收敛速度、精度和稳定性方面都优于人工萤火虫算法。     

基于改进人工势场法的无人机路径规划算法

针对传统的人工势场(APF)法无法适应复杂环境而陷入局部停滞状态、路径不够平滑等不足,提出了改进的人工势场法。首先,该算法对威胁的连通性进行分析,借鉴几何拓扑学思想得到可行解域。其次,该算法在可行解域内进行航迹点预规划。预规划基于威胁分布的全局性信息,弥补人工势场法易陷入局部最小而无法找到可行路径的不足。最后,该算法改进人工势场法引力函数,通过多次迭代,并进行曲率检查以获得足够平滑的可飞路径。仿真结果表明改进算法能够满足无人机路径规划的要求,且简便可行,具有较强寻优能力及适应性。     

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%.     

A hybrid formation path planning based on A* and multi-target improved artificial potential field algorithm in the 2D random environments

Traditional artificial potential field algorithm for multi-robot formation is easy to fall into local minima and the path planning efficiency is low. To this end, we propose a new method of a hybrid formation path planning based on A* and multi-target improved artificial potential field algorithm (A*-MTIAPF) that provides the optimal collision free path and improves the efficiency for multi-robot formation path planning. The A*-MTIAPF algorithm integrates global path planning and local path planning. The novelties include combining A* with the improved artificial potential field algorithm and dividing multiple virtual sub-target points on the global optimal path of A* planning. Firstly, A* algorithm is used to complete the global path planning. Secondly, the improved artificial potential field algorithm which takes multiple sub-target points divided by the global optimal path as virtual target points is used to complete local path planning by switching target points. In addition, we propose a double priority judgment control algorithm (DPJC) to solve the collision problem among multiple robots by setting double priority to determine the movement order of each robot. Then, a new experimental method is designed by using the randomly generated 2D maps to verify the effectiveness of the proposed method. The results show that our method has advantages that it solves the local minimum problem, improves the efficiency of formation path planning and avoids collision among multiple robots over existing methods.     

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。     

复杂环境中基于人工势场优化算法的最优路径规划

本文提出一种基于人工势场优化的路径规划方法.把人工势场的路径规划结果作为先验知识，对蚁群算法进行初始化，提高了蚁群算法的优化效率;另一方面，机器人的路径也同时得到优化，克服了人工势场法的局部极小问题．仿真实验结果表明，该方法在复杂环境中能有效地实现最优路径规划；并提供了一种把传统规划方法和统计优化相结合、提高规划效率的可行思路．     

凸优化与A*算法结合的路径避障算法

为提高足式移动机器人的避障能力和路径规划效率,提出一种凸优化与A*算法结合的路径避障算法.首先,基于半定规划的迭代区域膨胀方法IRI-SDP(iterative regional inflation by semi-definite programming),通过交替使用两种凸优化算法快速计算出地面环境中无障碍凸多边形及其最大面积内切椭圆,用于移动机器人的局部避障和任务动作规划;然后,结合经典的A*算法,建立机器人局部和世界坐标系、机器人质心轨迹转换模型、碰撞模型和启发式代价函数,在全局环境中寻找最优成本最小的路径;最后,通过仿真实验验证该算法的有效性.     

基于量子行为烟花算法的移动机器人路径规划及平滑

针对移动机器人全局路径规划问题,提出一种基于量子行为烟花算法(quantum-behaved fireworks algorithm,QFWA)的路径规划方法.改进算法在基本烟花算法(fireworks algorithm, FWA)的基础上增加了基于量子行为的烟花爆炸策略.该策略使得种群在接近全局最优时具有较强的局部搜索能力,同时在种群远离全局最优位置时具有较强的全局搜索能力.改进算法提高了烟花爆炸产生火花的多样性和算法的收敛速度.在Benchmark测试函数上将改进算法与其他几种优化算法进行了对比,结果表明改进算法的性能优于其他算法.将QFWA应用于求解移动机器人路径规划问题,并采用均值滤波结合人工势场法对规划出的路径进行路径平滑处理.仿真实验结果表明改进方法在移动机器人路径规划问题上的可行性和有效性.     

改进RRT-人工势场法的机械臂堆垛运动方法

快速拓展随机树算法(RRT)在机械臂路径规划中存在随机性强、搜索效率低、规划路径长等问题,不能在货柜堆垛场景中取得相对最优的光滑路径.对此,该文提出了一种改进RRT-人工势场法混合算法进行货柜堆垛机械臂运动规划.首先,对传统快速拓展随机树算法进行改进,在传统快速拓展随机树算法的全局搜索的基础上引入目标搜索,增强了随机树...     

基于改进蚁群和DWA算法的机器人动态路径规划

路径规划技术是移动机器人研究领域中的一个重要分支,使得机器人能够在多障碍物环境中安全快速地找到一条相对最优路径.针对全局路径规划时蚁群算法盲目性搜索、易陷入局部最优、收敛速度慢以及局部路径规划时DWA算法难以有效地规避动态障碍物等问题,提出一种改进蚁群算法与DWA算法的融合算法.首先,采用GRRT-Connect算法不等分配初始信息素,解决陷阱地图中局部最优问题;然后,增加蚁群接力搜索方法以解决蚂蚁禁忌表自死锁问题,并利用切片取优方法优化最优路径选择机制得到全局最优路径;接着,以最优路径关键点为子目标点运行DWA算法,提出自适应调节速度方法进行最优行驶;最后,提出预计算方法规避动态障碍物达到局部规划效果.仿真结果表明,与现有文献结果相比,融合算法最优路径长度缩短了10.28%,收敛速度加快了6.55%,验证了所提出算法的有效性和优越性.     

基于改进势场蚁群算法的机器人路径规划

提出一种全局静态环境下移动机器人路径规划的改进势场蚁群算法.该算法采用人工势场法求得的初始路径和机器人与下一个节点之间的距离综合构造启发信息,并引入启发信息递减系数,避免了传统蚁群算法由于启发信息误导所致的局部最优问题;依据零点定理, 提出初始信息素不均衡分配原则,不同的栅格位置赋予不同的初始信息素,降低蚁群搜索的盲目性,提高算法的搜索效率;设定迭代阈值,自适应调节信息素挥发系数,使得该算法具有较高的全局搜索能力,避免出现停滞现象.仿真结果验证了所提出算法的可行性和有效性.     

一种新基于混沌优化算法的机器人路径规划方法

提出了一种基于混沌优化算法的机器人路径规划方法,即混沌人工势场法，该方法能够在动态环境下实时、有效地产生避碰局部最优路径,避免了传统人工势场法容易陷入局部最优和在比较靠近的两个障碍物之间找不到通道的缺陷.仿真试验表明:提出的方法具有较强的路径规划能力，克服了传统人工势场法的缺点,具有较强的实用性.     

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。