采用改进D*Lite算法的自主移动机器人路径规划

针对动态环境下自主移动机器人的路径规划问题提出了改进D*Lite算法;该算法在D*Lite算法的基础上,引入Bresenham画线算法对扩展节点进行可视检测,得到方向任意且避免不必要转折的预规划路径,并建立分辨率高于全局障碍图的局部障碍图,动态存储传感器实时获取的局部环境信息,充分利用局部环境信息实时重规划机器人当前位置到目标点的最优路径,提高算法的规划精度及对动态环境的适应性;仿真实验结果证明,该算法大大缩短了路径长度,并且具有可行性和实时性.     

导航系统中多目标路径平滑化规划的研究

路径规划是车辆、机器人出行、无人机航路推荐和计算机游戏等许多应用中的关键任务。现有的大多路径规划常简化为单目标优化问题进行求解。但在现实生活中,还需要同时考虑多种规划目标,且用于规划路径的目标之间还存在着彼此不能变换的问题。在熟知的路径规划算法（D*Lite）上提出了一种新的多目标路径平滑化规划算法-平滑多目标D*Lite算法。通过构造一条初始多目标平滑路径,当检测到环境变化时采用增量搜索思想,仅更新受影响结点并从当前结点重新进行规划得到一条新的多目标平滑路径。仿真结果表明,该算法不但能有效躲避突发障碍物,规划路径拐点较少,还能提高搜索效率,可有效应用于具有不同非交互规划目标的导航系统。     

煤矿履带式定向钻机路径规划算法

煤矿履带式定向钻机路径规划过程中存在机身体积约束和实际场景下的行驶效率需求,而常用的A*算法搜索速度慢、冗余节点多,且规划路径贴近障碍物、平滑性较差。提出一种以改进A*算法规划全局路径、融合动态窗口法（DWA）规划局部路径的煤矿履带式定向钻机路径规划算法。考虑定向钻机尺寸影响,在传统A*算法中引入安全扩展策略,即在定向钻机和巷道壁、障碍物之间加入安全距离约束,以提高规划路径的安全性;对传统A*算法的启发函数进行自适应权重优化,同时将父节点的影响加入到启发函数中,以提高全局路径搜索效率;利用障碍物检测原理对经上述改进后的A*算法规划路径剔除冗余节点,并使用分段三次Hermite插值进行二次平滑处理,得到全局最优路径。将改进A*算法与DWA融合,进行煤矿井下定向钻机路径规划。利用Matlab对不同工况环境下定向钻机路径规划算法进行仿真对比分析,结果表明：与Dijkstra算法和传统A*算法相比,改进A*算法在保证安全距离的前提下,加快了搜索速度,搜索时间分别平均减少88.5%和63.2%,且在一定程度上缩短了规划路径的长度,路径更加平滑;改进A*算法与DWA融合算法可有效躲避改进A*算法规...     

基于改进概率路线图算法的煤矿机器人路径规划方法

路径规划是煤矿机器人在煤矿井下非结构化狭长受限空间中应用亟待解决的关键技术之一。针对传统概率路线图(PRM)算法在空间狭长封闭巷道环境中难以保障采样的节点均匀分布于自由空间中导致路径规划失效,以及节点可能距离障碍物较近导致规划的路径可通行性差等问题,提出了一种基于改进PRM算法的煤矿机器人路径规划方法。在构造阶段引入人工势场法,将落在障碍物中的节点沿与其距离最近自由空间中的节点连线方向推至自由空间,并在障碍物边缘建立斥力场,实现节点的均匀分布且使其距离障碍物有一定距离;在查询阶段融合D^*Lite算法,当遇到动态障碍物或前方无法通行时可实现路径的重规划。仿真结果表明：改进PRM算法的节点均匀分布在自由空间中,且均距离障碍物一定距离,提高了路径规划的安全性;当节点数为100个时,改进PRM算法成功率较传统PRM算法提高了25%;随着节点数增加,传统PRM算法和改进PRM算法路径规划成功次数均呈增长趋势,但改进PRM算法在效率方面优势更明显;当节点数为400个时,改进PRM算法运行效率较传统PRM算法提高了35.13%,且规划的路径更平滑,路径长度更短;当障碍物突然出现...     

融合安全A*算法与动态窗口法的机器人路径规划

A^*算法通过启发信息指引搜索方向,被广泛应用于移动机器人的路径规划,但其规划出的搜索路径存在冗余节点且与障碍物相近,无法满足动态避障需求。对标准A^*算法进行改进,设计安全A^*算法并融合动态窗口法进行路径规划。定义安全距离因子引入A^*算法的启发函数中,提高算法规划路径的安全性,同时采用平面结构法对算法规划得到的路径进行优化,根据相邻节点与障碍物之间的位置关系判断该相邻节点间是否存在障碍物,由此减少路径拐点数,提高路径平滑度。由于当移动机器人处于未知环境时,仅靠A^*算法不能避开障碍物到达目标点,因此借助动态窗口法的局部避障功能。通过安全A^*算法规划全局最优路径节点坐标,设计融合子函数改进动态窗口法的评价函数,解决动态窗口法易陷入局部最优的问题。实验结果表明,在复杂环境中,该方法通过融合安全A^*算法和动态窗口法,能够确保在安全路径基础上实时随机避障,使机器人安全到达终点。     

融合有向D*与RRT*的移动机器人路径规划算法

针对快速扩展随机树(RRT)算法在复杂障碍物和狭窄通道环境中收敛速度慢,冗余节点多的问题,提出了一种融合有向D*与RRT*的路径规划算法,用于改善移动机器人在二维环境下路径规划的性能.首先,算法根据初始路径确定关键点,以它为圆心形成采样子集,在之后的迭代中,按概率在圆形子集和全部状态中选择采样空间.然后,利用变距离重新布线,通过大半径重新布线减少冗余节点,再利用小半径重新布线对障碍物顶点和转弯处进行优化,达到缩短路径长度和平滑路径的目的 .仿真结果表明,融合改进算法比对照算法的路径长度缩短了4.30％,搜索时间减少了25.91％,路径总步数减少了50.26％,且可以适应存在连续小洞和狭窄通道的特殊环境.     

基于可视图与A*算法的路径规划

结合可视图的骨架构造方法和A~*图搜索方法,采用矩形包络障碍物,在障碍物顶点外延生成路径点。在此基础上,提出一种新的路径规划算法Lambda~*,与A~*算法类似,搜索过程需要2张表,但CLOSED表保存从起始节点开始的路径节点,OPEN表保存CLOSED表中扩展节点的后续节点,可减少在OPEN表中保存的节点数量,减少计算量和耗时,并通过增加SMOOTH过程以提高路径的平滑度。将算法应用于二维空间环境进行机器人路径规划仿真实验,结果表明,与A~*算法相比,Lambda~*算法能够以增加较少路径长度为前提,大幅降低路径规划的耗时。     

基于改进A*算法的移动机器人路径规划

针对A*算法在路径规划中存在遍历节点数过多、转折角度较大的问题,提出一种能自适应场景地图的改进A*算法。通过量化地图场景信息和障碍物分布情况,引入父节点对当前节点的影响力,增加障碍物分布率的启发函数权重,减少遍历节点数量、提高搜索速度;加入转弯惩罚函数、扩展邻域优先级搜索和冗余节点平滑策略对路径进一步优化,避免路径出现多余转弯,降低路径出现局部最优解的可能。在相同地图场景中进行测试对比,所提算法能有效减少遍历节点数量,降低总转折角度,提高搜索速度,缩短路径距离,获得最优路径。     

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。     

改进 Ｄ∗ｌｉｔｅ 和时间弹性带法的移动机器人路径规划

为解决D*lite算法在进行路径规划时搜索效率低,易受运动物体影响及路径贴近障碍物的问题,提出了一种结合改进D*lite算法和时间弹性带法的融合算法。首先,将改进的跳点搜索引入到D*lite算法中,让算法只对跳点进行访问,实现了规划时间和路径长度的双优化。之后,融合改进的时间弹性带法进行局部路径规划,提高算法动态规划能力的同时保证了规划路径的安全性。仿真结果表明,改进的D*lite算法比原始D*lite算法在路径长度、规划时长及路径节点数上分别平均优化了6.40％、49.13％和73.70％。在实际表现中,融合算法在动态情况下比原始D*lite算法可减少11.04％的路径长度、67.10％的规划时长及11.99％的运动时间,并且保证了机器人和障碍物间的最小距离。     

改进A*算法的水面舰艇静态航路规划

针对复杂海洋环境下水面舰艇航路规划时出现的大地图寻路速度慢、航路安全性差、航路不平滑等难题,结合电子海图提出了一种改进A*算法的航路规划方法。提出一种自适应的改进启发函数,在搜索节点时加入目标节点的方位信息,加快了A*算法搜索路径的速度;加入迫使航路远离障碍物的安全距离,解决了传统A*算法沿障碍物边缘寻路导致航路安全性差的问题;对原始航路进行二次优化,在对原始路径提取转折点后,通过判断任意两个转折节点的直线可达性,将转折节点之间的实际距离转化为距离矩阵,使用Dijkstra算法优选出航路长度更短的关键转折点,最终使用二阶贝塞尔曲线对航路转折处进行平滑处理,以满足航路平滑且易跟随的要求。仿真实验表明,相对于传统A*算法,改进算法规划的路径具有寻路速度更快、航路距离更短、航路安全性更高的特点。     

改进BIT*与DWA算法的动态路径规划

传统批通知树（batch informed trees,BIT*）算法结合了RRT*算法和A*算法的优势,但是该算法在复杂环境下无法躲避未知的动态障碍物,无法完成动态路径规划。针对该问题,提出了一种将改进的BIT*算法和改进的DWA算法相融合的算法。在传统BIT*算法的基础上对路径进行拉伸优化,提取关键转折点,减少路径长度;对传统DWA算法的距离评价函数进行改进、引入轨迹点评价函数,避免局部规划过分偏离,也减少了已知障碍物对路径的影响;将改进的BIT*算法与改进的DWA算法相融合,将提取的关键转折点作为DWA的中间目标点,弥补全局规划算法无法躲避动态障碍物的缺点以及局部规划算法全局能力低下的缺点。在动静态地图中对RRT*算法、BIT*算法、DWA算法、改进BIT*算法以及融合算法进行仿真实验,仿真结果表明：在复杂环境中,改进的BIT*算法具有更短的路径和更少的拐点;与传统的DWA算法相比,融合算法规划的路线更平滑,机器人既能实时动态避障抵达终点,又能更加贴近全局路径,保证路线全局最优。     

基于变步长A*与车身稳态转向模型的UGV路径规划

针对A*算法寻路时间长、生成的路径存在冗余折点的问题,本文提出一种基于车身稳态转向模型的变步长A*算法,首先通过设置子目标点的方式调节A*算法的搜索步长,减少寻路时间;其次在全局路径的折点处根据车身转向运动学约束进行局部重规划,从而得到一条易于跟踪的平滑路径;此外考虑到UGV (Unmanned Ground Vehicle,无人地面车辆)的实际宽度,改进后的算法还引入了障碍物延伸策略,使规划出的路径满足实际工程应用;最后通过仿真实验验证了本文改进算法的有效性,并与3种寻路算法进行对比,结果表明,本文改进的算法寻路时间更短、生成的路径更平滑,且与障碍物之间保持了安全距离.     

融合环境信息和运动约束的改进A*算法研究

标准A*算法存在着无法考虑移动机器人运动特性及处理后的路径不利于移动机器人运动等问题。针对这一问题提出了一种新改进A*算法,通过环境信息引入障碍物权重系数来改进算法的启发函数并进行全局路径规划;优化搜索节点的选取方式和设定障碍物与路径之间的安全距离;基于对移动机器人的运动特性的考虑优化其路径,并在不同环境地图中与其他算法进行仿真实验对比分析。相关实验表明：基于新改进A*算法规划的路径始终与障碍物保持一定的安全距离;改进A*算法在时间上相比标准A*算法平均减少了80%,路径长度平均减少了2%,路径转角平均降低了82%。改进后算法相比其他算法在时间、搜索节点以及平滑度上有很大的改进,融合机器人环境信息和运动特性的规划路径算法可为移动机器人的路径规划提供一种新的方法。     

多方向无人水面艇路径规划算法

针对海洋环境下无人水面艇路径（USV）规划安全性与平滑性问题,提出一种多方向A^*路径规划算法以获得全局最优路径。首先,结合电子海图生成栅格化环境信息,并根据安全航行距离约束建立USV安全区域模型,在传统A^*算法基础上设计一种带安全距离约束的A^*启发函数来保证生成的路径节点的安全;其次,改进传统A^*算法的八方向搜索模式,提出一种多方向搜索模式来调整生成路径中的冗余点与拐点;最后,采用路径平滑算法对路径拐点进行平滑处理以获得满足实际航行要求的连续平滑路径。在仿真实验中,改进A^*算法规划的路径距离为7 043 m,相较于Dijkstra算法、传统A^*四方向搜索算法和传统A^*八方向搜索算法分别降低了9.7%、26.6%和7.9%。仿真结果表明改进后的多方向A^*搜索算法能够有效减小路径距离,更适用于USV路径规划问题。     

多方向无人水面艇路径规划算法

针对海洋环境下无人水面艇路径（USV）规划安全性与平滑性问题，提出一种多方向A^*路径规划算法以获得全局最优路径。首先，结合电子海图生成栅格化环境信息，并根据安全航行距离约束建立USV安全区域模型，在传统A^*算法基础上设计一种带安全距离约束的A^*启发函数来保证生成的路径节点的安全；其次，改进传统A^*算法的八方向搜索模式，提出一种多方向搜索模式来调整生成路径中的冗余点与拐点；最后，采用路径平滑算法对路径拐点进行平滑处理以获得满足实际航行要求的连续平滑路径。在仿真实验中，改进A^*算法规划的路径距离为7 043 m，相较于Dijkstra算法、传统A^*四方向搜索算法和传统A^*八方向搜索算法分别降低了9.7%、26.6%和7.9%。仿真结果表明改进后的多方向A^*搜索算法能够有效减小路径距离，更适用于USV路径规划问题。     

基于改进A*算法机器人路径规划研究

针对移动机器人全局路径规划问题提出一种改进A*算法。首先建立栅格地图,基于传统A*算法,进行邻域扩展,将传统8邻域扩展到24邻域,使路径方向具有更多选择,减少不必要的转折点。优化改进A*算法的启发式函数,不再采用单一的曼哈顿距离或者欧几里得距离,将其进行融合改进,剔除路径中冗余节点和多余转折点。最后将全局路径与动态窗口法相结合,结合各自的优点,充分考虑到机器人全局最优路径的同时能安全避开障碍物,得到一条平滑轨迹。各个算法进行验证之后采用ROS平台对系统进行仿真分析,实验结果表明,改进后算法具有更优秀的路径规划能力。     

融合改进A*与DWA算法的机器人动态路径规划

传统A*算法是移动机器人全局路径规划的常用算法之一,但是算法搜索效率低、规划路径转折点多、面对复杂环境中随机出现的动态障碍物无法实现动态路径规划。针对这些问题,在考虑全局最优的基础上将改进A*与DWA算法融合,量化环境中的障碍物信息,根据此信息调节A*算法启发函数的权重,提高算法的效率和灵活性。基于Floyd算法思想设计路径节点优化算法,删除冗余节点,减少转折,提高路径平滑度。基于全局最优设计DWA算法的动态窗口评价函数,用于区分已知障碍物和未知动态、静态障碍物,提取改进A*算法规划路径的关键点作为DWA算法的临时目标点,在全局最优的基础上实现了改进A*与DWA算法融合。实验结果表明,在复杂环境中,融合算法规划路径既能保证全局最优,又能及时有效地躲避环境中出现的动静态障碍物,实现复杂环境中的动态路径规划。     

基于BIM的地图构建与导航研究

为了提高移动机器人在作业过程中获得现场环境地图的效率,提出了利用BIM技术建立导航地图的方式,获取IFC信息映射到二维栅格,从而快速构建地图;对于室内移动机器人在移动过程中能更快更好的到达目标点的问题,首先对传统A*算法做改进,将原有的8邻域搜索扩展为48邻域搜索,增加了搜索方向,优化了搜索角度;同时考虑了机器人的安全性,对规划路径进行了改进,使得规划的路径与障碍物保持了一定距离;其次,为了避开场地出现的动态障碍物,采用将改进的A*算法与动态窗口法融合,在保证全局路径最优的基础上,实现避障效果;通过实验仿真,表明了改进的A*算法比传统A*的算法在运行时间上快了2倍以上,路径转折点的角度差比原来减少了28%以上,路径长度上更短且不再紧贴障碍物;而融合算法比改进的A*算法在路径平滑性上有所提高,能及时避开随机障碍物,更加适用于环境变化的室内场景。