基于速度变化空间的移动机器人动态避碰规划

研究了移动机器人对运动障碍物的动态避碰．针对以往速度障碍法在动态避碰应用中存在的问题,制 订了相应的改进方法．综合考虑障碍物速度的动态变化和碰撞时间、碰撞距离,在速度变化空间中,基于避碰行为 动力学原理,设计了新的优化评价函数,采用双障碍物检测窗口进行动态避碰规划．仿真实验表明,该方法有效地 克服了避碰规划的保守性,提高了机器人运动的安全性,并能实现对运动目标的及时追踪．     

一种动态环境下移动机器人的路径规划方法

本文提出了在动态环境中，移动机器人的一种路径规划方法，适用于环境中存 在已知和未知、静止和运动障碍物的复杂情况．采用链接图法建立了机器人工作空间模型， 整个系统由全局路径规划器和局部路径规划器两部分组成．在全局路径规划器中，应用遗传 算法规划出初步全局优化路径．在局部路径规划器中，设计了三种基本行为：跟踪全局路径 的行为、避碰的行为和目标制导的行为，采用基于行为的方法进一步优化路径．其中，避碰 的行为是通过强化学习得到的．仿真和实验结果表明所提方法简便可行，能够满足移动 机器人导航的高实时性要求．     

基于改进速度障碍法的多机器人避碰规划算法

针对多移动机器人运动协调中的动态安全避碰问题,在分析速度障碍法原理的基础上,设计用于机器人之间相互避让的互动速度法则,并通过制定机器人的碰撞时间、碰撞距离因子对构型障碍的大小进行实时调整,把运动障碍物、动力学约束下的多步可达窗口、目标点都映射到一种速度变化空间当中,使多机器人的动态避碰问题转化为一种最优化问题,并构造了新的优化评价函数;设计了基于改进速度障碍法的机器人动态避碰规划算法。仿真实验表明,该方法有效地克服了碰撞冲突,实现了多机器人之间的运动协调控制,提高了机器人追踪运动目标的快速性。     

一种基于理性遗传算法(RGA)的协调运动行为合成算法

协调运动行为的合成是实现多机器人系统协调运动的关键.本文针对特定环境下的 多机器人协调运动问题,基于调速避碰的思想,借助CMAC神经网络,来描述各机器人的运动行 为与环境状态之间复杂的、非线性映射关系,利用理性遗传算法来合成与优化各机器人的运 动行为,从而实现多机器人已知环境下,运动行为的相互协调与优化.文章讨论了规划算法的 鲁棒性、完备性及时间复杂度.     

基于蚁群算法的机器人路径规划

针对移动机器人规避障碍和寻找最优路径问题,提出了在复杂环境下移动机器人的一种路径规划方法.采用了栅格法建立了机器人工作平面的坐标系,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,用改进蚁群算法规划出初步全局优化路径;局部避碰规划是在跟踪全局优化路径的过程中,通过基于滚动窗口的环境探测和碰撞预测,对动态障碍物实施有效的局部避碰策略,从而使机器人能够安全顺利的到达目标点.仿真实验的结果表明了所述方法能在较短时间内找到最佳路径并规避障碍.     

移动机器人在障碍物具有不确定性时的运动规划

本文提出了一种移动机器人在实时避碰中对移动障碍物的运动不 确定性的处理方法.该方法主要考虑了两个不确定性来源：移动障碍物运动速度上的不确定 性和运动方向上的不确定性.用概率统计的方法来为不确定性建模.并与一种基于相对速度的 在线避碰方法结合起来对移动障碍物避碰.通过这种方法可以使机器人对移动障碍物的避碰 更有效率.     

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。     

基于改进人工协调场的多机器人避碰算法

针对多机器人系统中避碰问题,提出一种基于改进人工协调场的多机器人避碰算法。首先采用凸化障碍,子目标主动选择方法,解决人工协调场在有非凸障碍环境中的“死锁”问题;其次建立基于速度和距离的排斥力模型,以克服人工协调场对空间利用率低的缺陷,尤其是目标点与障碍物距离较近机器人无法抵达的情况;最后设计一种力混合器模型,并基于此模型以达到避免人工协调场中的运动抖动的效果。仿真实验证明该算法对解决有障碍环境下多机器人避碰问题的有效性和可靠性,增强了多机器人系统对复杂环境的适应性。     

全局未知环境下多机器人运动蚂蚁导航算法

研究了全局未知静态复杂环境下多机器人运动的导航问题,提出了一种新颖的蚂蚁导航算法.该方法将全局目标点映射到机器人视野域边界附近作为局部导航子目标,再由两组蚂蚁相互协作完成机器人视野域内局部最优路径的搜索,在此基础上进行与其他机器人的碰撞预测与避碰规划.机器人每前进一步都重复上述过程.因此,机器人前进路径不断地动态修改,从而在每条局部优化路径引导下,使机器人沿一条全局优化的路径到达目标点.仿真实验结果表明,即使在障碍物非常复杂的地理环境下,算法也能沿一条全局优化路径导航,且能安全避碰,效果十分令人满意.     

动态调整操作序列的多机器人无碰运动规划

针对共享工作空间的多台机器人,提出了一种协调无碰运动规划方法.作为离线规划的解耦法,该方法主要分为2个阶段.第1阶段,根据任务需求在不考虑机器人间相互冲突的情况下,通过概率路径地图(PRM)法规划出各机器人与静态环境的无碰路径;第2阶段,把机器人的路径描述成连续的位形序列后构造系统的状态空间,形象地把所需解决的问题转换成高维状态空间中的连续路径搜索问题.在此基础上,提出了多机器人的避碰策略、运动序列优先级的动态调整方法和改进的A*算法,实现了多机器人系统无碰协调运动规划.通过2个仿真案例验证了该方法的可行性及有效性.结果表明,所提方法能快速、有效地得到多机器人协调无碰运动路径.     

On-line Planning for Collision Avoidance on the Nominal Path

In this paper a solution to the obstacle avoidance problem for a mobile robot moving in the two-dimensional Cartesian plane is presented. The robot is modelled as a linear time-invariant dynamic system of finite size enclosed by a circle and the obstacles are modelled as circles travelling along rectilinear trajectories. This work deals with the avoidance problem when the obstacles move in known trajectories. The robot starts its journey on a nominal straight line path with a nominal velocity. When an obstacle is detected to be on a collision course with the robot, the robot must devise a plan to avoid the obstacle whilst minimising a cost index defined as the total sum squared of the magnitudes of the deviations of its velocity from the nominal velocity. The planning strategy adopted here is adjustment of the robot's velocity on the nominal path based on the time of collision between the robot and a moving obstacle, and determination of a desired final state such that its Euclidean distance from the nominal final state is minimal. Obstacle avoidance by deviation from the nominal path in deterministic and random environments is based on the work presented here and is investigated in another paper.     

一种基于相对坐标系下移动机器人动态实时避碰的新方法

本文提出了一种机器人在动态环境下的动态实时避碰的新方法．此方法是基于相 对坐标系，在加速度空间中，通过动态实时地调整机器人自身速度的大小和方向使其离开碰 撞区域，即碰撞危险区域，达到与动、静态障碍物之间的避碰．仿真实验验证了此方法的有 效性．     

Real-time Velocity Alteration Strategy for Collision-free Trajectory Planning of Two Articulated Robot Manipulators

Two articulated robots working in a shared workspace can be programmed by planning the tip trajectory of each robot independently. To account for collision avoidance between links, a real-time velocity alteration strategy based on fast and accurate collision detection is proposed in this paper to determine the step of next motion of slave (low priority) robot for collision-free trajectory planning of two robots with priorities. The effectiveness of the method depends largely on a newly developed method of accurate estimate of distance between links. By using the enclosing and enclosed ellipsoids representations of polyhedral models of links of robots, the minimum distance estimate and collision detection between the links can be performed more efficiently and accurately. The proposed strategy is implemented in an environment where the geometric paths of robots are pre-planned and the preprogrammed velocities are piecewise constant but adjustable. Under the control of the proposed strategy, the master robot always moves at a constant speed. The slave robot moves at the selected velocity, selected by a tradeoff between collision trend index and velocity reduction in one collision checking time, to keep moving as far as possible and as fast as possible while avoid possible collisions along the path. The collision trend index is a fusion of distance and relative velocity between links of two robots to reflect the possibility of collision at present and in the future. Graphic simulations of two PUMA560 robot arms working in common workspace but with independent goals are conducted. Simulations demonstrate the collision avoidance capability of the proposed approach as compared to the approach based on bounding volumes. It shows that advantage of our approach is less number of speed alterations required to react to potential collisions.     

一种基于效益的多机器人避碰协调策略

多移动机器人系统在完成同时定位和地图构建SLAM任务时,机器人之间常常存在相互碰撞的问题,而这种碰撞的避免又不同于一般的避障,因为避障问题中的障碍物一般是不动的。为了解决机器人之间的避碰问题,提出了一种基于效益的多机器人避碰协调策略。该策略以提高多机器人系统探索效率为主,确定机器人通过交叉路口的顺序。同时考虑了动态协调避碰的情况,给出了确定机器人通过交叉路口顺序的算法。通过机器人在交叉路口实现避碰协调算法的仿真示例,对该方法的避碰协调过程进行了说明,并对仿真结果进行了分析,同时对仿真中机器人和目标位置的空间关系给出了合理的假设。     

三维环境中多机器人动态目标主动协作观测方法

动态目标的多移动机器人主动协作观测方法是指以获取较优的观测结果为目的, 对携带同构/异构观测传感器的多个机器人系统的观测数据进行有效融合并同时对其行为进行协调优化的方法. 本文主要研究了三维环境中的多机器人动态目标主动协作观测的问题. 首先, 以扩展集员估计方法(Extended set-membership filter, ESMF)为基础, 将信息融合过程与算法本身存在的集合运算环节相结合, 提出了一种高精度的多机器人观测信息融合方法. 该方法在保证较高观测精度的同时, 并没有显著增加单机器人扩展集员估计算法的计算量, 因此具有较高的实时性. 此外, 利用最优观测角度的概念, 通过引入相对速度空间(Relative velocity coordinates, RVCs), 设计了多移动机器人协调行为优化方法, 该方法可以将多机器人协调行为优化问题转化为线性规划问题, 以实现具有较高实时性的多机器人三维动态目标主动协作观测. 最后, 为了验证所研究方法的可行性与有效性, 进行了三维空间动态目标协作观测仿真实验.     

Optimal and suboptimal motion planning for collision avoidance of mobile robots in non-stationary environments

An optimal control formulation of the problem of collision avoidance of mobile robots moving in terrains containingmoving obstacles is presented. A dynamic model of the mobile robot and the dynamic constraints are derived. Collision avoidance is guaranteed if the minimum distance between the robot and the objects is nonzero. A nominal trajectory is assumed to be known from off-line planning. The main idea is to change the velocity along the nominal trajectory so that collisions are avoided. Furthermore, time consistency with the nominal plan is desirable. Two solutions are obtained: (1) A numerical solution of the optimization problem and a perturbation type of control to update the optimal plan and (2) A computationally efficient method giving near optimal solutions. Simulation results verify the value of the proposed strategies and allow for comparisons.     

装配机器人系统快速碰撞检测算法

提出一种面向操作手段装配系统的快速碰撞检测算法。该算法以机器人运动学和空间解析几何为基础,将判断机械手手臂与障碍物是否发生碰撞问题转化为直线段与有界平面是否存在公共点的简单解析几何问题,并以PUMA560操作手为例对算法加以说明,该算法不仅适用于静态的障碍物已知的环境,而且适用于障碍物运动规律已知的动态环境,减少了碰撞检测占用的时间,提高了路径规划的效率。