基于人工势场法的虚拟夹具建模技术研究

虚拟夹具是在计算机仿真技术、力反馈技术、人工智能等基础上发展起来的一种新兴机器人遥操作辅助技术.基于人工势场法的虚拟夹具建模技术研究对提高机械臂末端抓手自动防撞具有重要意义,特别是在非结构环境和一些工作空间环境难以建模的情况下,应用虚拟夹具法来限制机械臂末端的运动空间,可防止机械臂与周围环境发生碰撞.为此,使用OpenGL与C++相结合的编程方法设计并实现了三角片元法构建虚拟管道的几何模型,采用人工势场法计算实时虚拟力的虚拟夹具建模算法,通过仿真实验验证该算法能有效限制机械臂末端的运动空间及正确计算虚拟力.     

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。     

基于改进人工势场法电力巡检无人机航迹规划

论文中结合无人机在电力巡检中的应用以及无人机巡线的方式,引入了理想巡检路径,提出了一种基于人工势场的无人机航迹规划避障的改进算法;根据电力巡检无人机的应用场景对势函数进行了调整,并且引入无人机在理想航迹投影点的引力场,当无人机陷入U型障碍物时调整无人机对障碍物感知的范围,使无人机摆脱U型障碍物.该改进算法不仅可以提高无人机巡线的效率,也可以解决部分局部极小问题.最后通过二维平面轨迹规划问题的数学仿真,验证了该方法的有效性.     

基于势场函数战场态势可视化分析方法研究

利用战场势场函数方法提出了基于人工势场、时变人工势场的态势分析评估模型,通过建立的多层时变人工势场分析方法得到战场空间态势的多视图评估,为战场敌我双方力量对比、威胁评估、敌方战术意图识别等判断以及为作战指挥决策提供决策支持。通过仿真战场态势想定平台生成剧情证明了基于势场函数可视化分析方法的可行性。     

基于改进人工势场法的无人机在线航路规划算法

在线航路规划能够使无人机针对动态变化的环境快速有效地生成相适应的飞行航路,是无人机任务规划系统必需的能力之一。基于人工势场法提出一种三维在线航路规划方法,使无人机在应对动态变化的飞行环境时能实时规划出保障飞行安全并满足其任务执行效率指标的飞行航路。此航路规划方法在环境构建过程中引入了参考航路引力场和自适应的时间扰动因子,解决了原人工势场法在航路规划中容易陷入势场局部最小值而导致无法用适感环境动态变化区域的问题。在此基础上,提出一种虚拟目标法以更有效地解决人工势场法遇到的局部极值陷阱问题。通过仿真验证表明:所提出的无人机在线航路规划方法比传统的人工势场法更容易跳出势场的局部最小值,且有较好的避障能力。     

基于人工势场算法和RRT算法的多无人机路径规划

为了解决在城市和山区复杂环境中的多无人机任务分配及路径规划问题,提出了一种基于人工势场算法和RRT融合算法的多无人机协同路径规划方法。基于人工势场算法基础优化斥力函数,加入机间斥力因子,实现了协同避撞。引入RRT算法进行拓展搜索,解决了无人机陷入局部极值点时单一人工势场算法目标不可达的问题。通过三维路径规划仿真实验和算法对比实验验证该方法的可行性,结果表明,融合路径规划算法可以在约束条件下找到全局最优路径。     

基于人工势场法的移动机器人路径规划研究

人工势场法是机器人局部路径规划常用的一种方法,具有反应速度快、计算量小和实时性等优点。但这种方法容易产生局部极点,导致机器人停止移动,达不到目标。文章利用传统的人工势场法对移动机器人避障行为进行了仿真实验并成功地规划出一条光滑路径,并对人工势场法研究现状进行了分析讨论。     

基于稀疏A*搜索和改进人工势场的无人机动态航迹规划

针对不同属性的障碍物所构成的威胁分布模型, 本文提出了一种基于稀疏A*搜索算法预规划和改进人工势场相结合的无人机动态避障算法. 该算法首先对威胁分布建立栅格化模型; 然后根据静态威胁, 基于稀疏A*搜索算法进行全局航迹规划; 最后结合预规划路径和动态威胁分布, 利用改进人工势场法完成无人机的动态避障. 仿真结果表明, 该方法能够规划出给定威胁指标下的全局最优路径并达到良好的动态规避性能.     

基于模型预测控制与改进人工势场法的多无人机路径规划

模型预测控制(model predictive control,MPC)已成功地应用于无人机集群的路径规划.但其存在计算量大及单步运算时间长等不足,在实时运行中往往难以获得较高的控制频率.而离线的MPC需要准确的地图信息,难以处理地图中无法预测的动态障碍物.对此,提出一种结合离线MPC全局规划与在线改进人工势场法局部规划的方法.在利用MPC方法生成安全、平滑轨迹的同时,提高无人机在动态障碍物影响下的避障能力.通过引入调节力来处理传统人工势场法的局部极小值问题,并将目标与无人机的相对距离引入斥力函数,同时改进引力函数,以改善无人机在目标点处低速徘徊的问题.此外,设计一种事件触发的无人机轨迹变更与轨迹恢复策略,使无人机仅在必要时实施动态避障行为.在此基础上,最大化利用原来的规划轨迹.仿真验证结果表明,所提出的路径规划方法能够使无人机集群安全飞行至目标点,并且具有良好的动态避障能力.     

基于BN的无人机气象威胁度建模和评估方法研究

在军事和非军事领域,气象威胁与火力威胁一样,严重影响无人机的飞行安全;在进行航迹规划时,气象威胁不容忽视;重点讨论了气象要素对无人机安全飞行的影响,分析总结出八种对飞行安全有严重影响的气象相关因子并进行了量化;应用贝叶斯网络推理方法进行了气象威胁度建模,给出比较直观的层次因果关系,对气象胁度进行了分析评估;仿真结果表明,该评估方法具有较好的效用,能更准确地反映实际的气象威胁度等级。     

基于动态人工势场法移动机器人路径规划研究

考虑机器人与目标点的相对位置以及相对速度因素构建引力势场和引力函数,考虑机器人与障碍物之间的相对位置、相对速度以及相对加速度因素构建斥力势场和斥力函数。基于位置的“分而治之”策略,将机器人所处的环境分解成不同的情景,通过传感器获得周围环境信息,制定并执行情景-运动规则。建立复杂动态机器人仿真环境,验证改进后的算法在动态环境中机器人自动避障的可行性。以IN-RE机器人为实验平台,做动态环境下机器人自动避障路径规划实验,验证本文提出的动态人工势场法在动态环境中的可行性。     

传统人工势场的改进

文中在分析足球机器人避碰的特点及传统人工势场法的不足的基础上,提出了引入障碍物和机器人自身的速度和加速度来改进人工势场法,并提前对规避动作做出预判来实现优化人工势场的方法。仿真试验表明,这种方法是可行的,可以有效地弥补传统人工势场的缺陷。     

传统人工势场的改进

文中在分析足球机器人避碰的特点及传统人丁势场法的不足的基础上，提出了引入障碍物和机器人自身的速度和加速度来改进人工势场法，并提前对舰避动作做出预判来实现优化人工势场的方法。仿真试验表明，这种方法是可行的，可以有效地弥补传统人工势场的缺陷。     

基于改进人工势场的移动机器人路径规划

介绍了传统人工势场法在静态环境中的应用,分析了此方法在动态环境中的不足,在此不足的基础上引入了速度势场的概念,改进了传统的人工势场函数,得出了新的引力函数和斥力函数;新的引力函数和斥力函数考虑了机器人、目标点、障碍物的速度特性,使机器人能更好适应动态环境;在新的势场函数作用下,机器人能快速调整自身速度大小和方向,使其快速脱离障碍物的威胁并快速、准确到达或追踪目标;仿真实验结果验证了新的人工势场函数的有效性.     

基于神经网络和人工势场的滚动规划

针对多障碍动态环境,论文提出了一种新的路径安全评价方法,并在此基础上提出了基于神经网络和人工势场法的滚动规划方法。与以往的全局规划相比,减少了全局中无关信息干扰,增加了规划效率;与以往的滚动规划相比,增加了移动机器人的预测能力,减少了碰撞的可能性。仿真实验表明,这种规划方法能有效地解决多障碍动态变化的时变环境中的路径规划问题。     

基于激光雷达的机器人改进人工势场路径规划研究

人工势场法路径规划需要建立在已知环境下障碍物分布位置的基础之上,而激光雷达传感器可以用于未知环境下障碍物分布位置的探测和获取,因此可以将两者结合,从而解决移动机器人未知环境下路径规划问题。该课题建立在人工势场法理论基础之上,在Matlab中构建路径规划仿真图形用户界面,利用机载激光雷达传感器探测获取障碍物的位置分布信息,通过串口将数据传输至Matlab软件中并显示。在Matlab软件下编写人工势场路径规划的实现算法,进行仿真实验。实验结果表明,传统人工势场法路径规划存在的两个问题,分析原因后给出一种改进的人工势场法,并在之前的图形用户界面下继续进行仿真实验。仿真结果表明：改进的人工势场法有效地实现了路径优化的目标。     

基于人工势场一遗传算法的机械避障方法研究

人工势场法是机器人避障规划中常用的方法,具有简单、实时性强的特点,但其存在目标不可达和局部极小值问题;文中针对机械臂的避障问题,首先利用人工势场法确定机械臂末端的避障轨迹,使用改进的斥力场克服势场法的目标不可达问题,利用随机逃离和沿等势线逃离相结合的方法解决局部极小值问题;其次针对机械臂末端避障轨迹中的每个点,采用遗传算法计算其对应的机械臂逆运动学解,在确保杆件不发生碰撞的情况下,充分保持关节角变化的柔顺性;仿真结果表明算法能够有效地实现机械臂的避障规划.     

基于人工势场法的AUV避障算法研究综述

简述了人工势场法的概念,分析了人工势场法的引力和斥力势场模型,指出了人工势场法在应用中存在的水下复杂环境问题、目标不可达问题、局部极小值问题;从考虑复杂障碍物因素和海流因素两方面阐述了水下复杂环境问题的研究现状,从对势场函数进行重新定义或对斥力势场函数进行修正两方面阐述了目标不可达问题的研究现状,从设置虚拟引导点等方面阐述了局部极小值问题的研究现状,并且阐述了几种组合避障算法的研究现状;从构造更完善的势场函数模型、考虑复杂海流因素影响、算法融合以及在算法中加入路径评价机制等方面对人工势场法未来的发展方向进行了展望。     

基于模拟退火算法的人工势场法路径规划研究

针对传统人工势场法在路径规划中存在局部极值小点问题,使得移动机器人无法运动到目标点,提出一种基于模拟退火算法的人工势场法,其利用模拟退火算法在出现局部极小点的位置附近增设随机目标点,引导移动机器人逐渐逃离出局部极小点区域.最终通过Matlab仿真表明,所设计的方法能使移动机器人逃离局部极小点位置,成功到达目标点位置,并...     

基于改进势场法的无人机编队协同避障控制算法

为了解决多无人机存在的自碰撞与障碍碰撞及编队通信架构等问题,在二阶模型的编队系统基础上,提出一种由图论和人工势场理论相结合的分布式编队控制策略。依据运动学原理建立无人机模型,以固定无向的通信拓补结构为基础,引入分段思想、旋转力、机间势场力来改进势场合力函数,以解决可能出现的目标不可达、死锁、编队安全问题,精准实现编队避障、避碰与航迹预规划;根据一致性理论对无人机状态误差进行修正,设计编队协同避障控制律以实现期望状态一致与航迹规划;通过构造Hamilton函数与反证法进行稳定收敛性分析,证明所提出控制算法的收敛一致性。通过仿真结果表明,无人机编队能够有效进行避障并快速达到期望一致。