基于虚拟子目标点的移动机器入路径规划

传统的反应式路径规划算法有时会出现＂死锁现象＂,为此设计了一种基于虚拟子目标点的移动机器人路径规划算法。首先根据已知的环境信息生成一条连接初始点和目标点的全局路径,移动机器人在沿全局路径行走时通过传感器探测周围的实时环境信息并寻找障碍物的转弯处,然后在该障碍物的转弯处设置虚拟子目标点,根据虚拟子目标点构建局部路径,机器人沿着局部路径走到该子目标点并进入下一个路径规划循环。仿真结果验证了该算法的有效性。     

基于双层微粒群优化的机器人全局路径规划

采用微粒群优化解决机器人全局路径规划问题,近年来得到国内外学者广泛关注,并已经取得丰硕的研究成果。但是,已有成果往往难以应用于含有密集障碍物的环境。针对解决含有密集障碍物环境的机器人全局路径规划问题,提出一种双层微粒群优化方法。该方法通过底层微粒群优化,得到若干最优路径;通过顶层微粒群优化,在这些最优路径附近局部搜索,从而得到机器人的全局最优路径;通过对不可行路径实施脱障操作,使其成为可行路径。将所提方法应用于多场景的机器人路径规划,并与已有方法进行比较。实验结果表明,该方法能够找到机器人的全局最优路径。     

动态复杂环境下的机器人路径规划蚂蚁预测算法

研究了一种新颖的动态复杂不确定环境下的机器人路径规划方法和动态避障码蚁预测算法.该方法模拟蚂蚁的觅食行为,由多组蚂蚁采用最近邻居搜索策略和趋近导向函数相互协作完成全局最优路径的搜索.在此基础上用虚拟蚂蚁完成与动态障碍物碰撞的预测,并用蚁群算法进行避障局部规划.理论和仿真实验结果均表明,即使在障碍物非常复杂的地理环境,用文中算法也能迅速规划出优化路径,且能安全避碰.     

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.     

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。     

移动机器人路径规划方法研究

针对室内动态非结构化环境下的移动机器人路径规划问题,提出了一种能够将全局路径规划方法和局部路径规划方法相结合、将基于反应的行为规划和基于慎思的行为规划相结合的路径规划方法．全局路径规划器采用A*算法生成到达目标点的子目标节点序列;局部路径规划器采用改进的人工势场方法对子目标节点序列中相邻两节点进行路径平滑和优化处理．在考虑了移动机器人运动学约束的前提下,该方法不但能够充分利用已知环境信息生成全局最优路径,而且还能及时处理所遇到的随机障碍信息．仿真研究与在室内复杂环境下的实际运行结果验证了该方法的有效性．     

基于自回归模型的移动机器人路径规划

文章研究了全局环境未知且存在动态障碍物情况下的移动机器人路径规划问题;采用全局规划和局部规划相结合的方法,提出了动态未知环境下移动机器人的一种在线实时路径规划方法;该法利用自回归模型来预测动态障碍物的运动轨迹,并把预测位置上的动态障碍物视为是瞬时静态的,然后对该"静态"障碍物进行避碰路径规划;仿真实验结果表明该法有效可行,具有优化性、实时规划性、高度的稳定性和良好的避障能力.     

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.     

基于改进人工势场法的机械臂避障路径规划

在对机械臂进行避障路径规划时,传统人工势场法依赖周围环境信息进行避障,针对障碍物精确信息较难获取,且形状不一,提出了采用椭球包围盒对障碍物进行建模,兼顾了包围盒的简单性和紧密性。同时,针对路径规划中容易陷入局部最优的问题,则提出了使用RRT（rapidly-exploring random tree）方法来解决这种问题,当路径规划陷入局部最优时,使用RRT算法自动生成并添加虚拟目标点,通过改变机械臂周围的环境从而达到跳出局部最优的目的。多次仿真实验表明,采用椭球包围盒建模并采用上述改进算法时,可以快速并且有效地规划出一条无障碍的路径。     

复杂环境下的机器人路径规划蚂蚁算法

研究了全局静态环境未知时机器人的路径规划问题,提出了一种新颖的滚动规划蚂蚁算法.该方法将目标点映射到机器人视野域附近,再由两组蚂蚁采用最近邻居搜索策略相互协作完成机器人局部最优路径的搜索,机器人每前进一步,都由蚂蚁对局部路径重新搜索,因此,机器人前进路径不断动态修改,从而能使机器人沿一条全局优化的路径到达终点.仿真实验结果表明,即使在障碍物非常复杂的地理环境,用本算法也能迅速规划出一条优化路径,且能安全避碰,效果十分令人满意.     

基于模糊势场法的移动机器人局部路径规划

针对采用传统人工势场法进行移动机器人局部路径规划时存在的局部极小点和规划路径过长等问题,提出了一种基于虚拟目标点和有限状态机的模糊势场法。构造基于人工势场的虚拟目标点法来解决局部极小点问题,在合适的位置设置虚拟目标点使机器人逃离局部极小点区域。将虚拟目标点法与模糊控制相结合,对障碍物环境进行预测,及时避障,解决机器人在复杂环境中采用虚拟目标点法规划路径时存在的路径过长问题。设计一个有限状态机来判断障碍物环境,执行算法转换策略,使改进算法适用于多种复杂环境。所设计算法在MATLAB平台上进行了仿真验证。结果表明,该算法能够使机器人逃出局部极小点、缩短规划路径。算法不仅适用于简单、离散环境,在传统算法运行困难的、复杂的环境中,例如墙型、U型和多U型障碍物环境,也能规划出可行的优化路径。     

Mita Laboratory,Electric Engineering Section,Faculty of Engineering,The Chiba University

This paper describes a local path planning method for a mobile robot to search for a path in an unknown environment by using visual information. The mobile robot system has a hierarchical path planning system which searches for a path efficiently in an uncertain environment. The planning system consists of a global planner and a local planner. The global planner gives a global path in terms of a sequence of visual sub-goals. Then the local planner generates a local path between the sub-goals with the help of a visual sensor. The main focus of this paper is on local path planning, which provides real-time guidance to the system. A visual sensor can provide useful information about the environment. So, an algorithm is proposed to generate avoiding points by using visual information to bypass unknown obstacles in the local path planning. Local path planning in a simple environment is simulated by using three-dimensional graphics. A simple experiment is also done for the case where there are two obstacles. The validity of the proposed method is verified by these simulations and experimental results.     

A two level real-time path planning method inspired by cognitive map and predictive optimization in human brain

A biologically inspired two level method is proposed for real-time path planning in a complex and dynamic environment, employable in ground vehicles. This method takes the advantage of both global and local path finding procedures. In the first level, i.e., global level, the planner utilizes a neural network architecture as a sensory-motor map, similar to the cognitive map used by humans, and an optimization algorithm to produce a coarse path. In the second level, i.e., local level, the global path is improved by employing a model-based prediction method with a finite prediction horizon in a way that future information about the environment is involved in the planner's decision making. In the suggested method, the prediction horizon is variable and is adjusted in each step of the planning in agreement with the kinematic features of the closest obstacle in the visual field of the planner. We considered four different path planning tasks in a virtual dynamic environment to evaluate the performance of the proposed method against the human path planning strategy. The results demonstrate the ability of the method to plan a strategy comparable to the driving scenarios chosen by most subjects and to generate a real-time collision-free path in a dynamic environment with obstacles.     

Fuzzy integral-based gaze control architecture incorporated with modified-univector field-based navigation for humanoid robots

When a humanoid robot moves in a dynamic environment, a simple process of planning and following a path may not guarantee competent performance for dynamic obstacle avoidance because the robot acquires limited information from the environment using a local vision sensor. Thus, it is essential to update its local map as frequently as possible to obtain more information through gaze control while walking. This paper proposes a fuzzy integral-based gaze control architecture incorporated with the modified-univector field-based navigation for humanoid robots. To determine the gaze direction, four criteria based on local map confidence, waypoint, self-localization, and obstacles, are defined along with their corresponding partial evaluation functions. Using the partial evaluation values and the degree of consideration for criteria, fuzzy integral is applied to each candidate gaze direction for global evaluation. For the effective dynamic obstacle avoidance, partial evaluation functions about self-localization error and surrounding obstacles are also used for generating virtual dynamic obstacle for the modified-univector field method which generates the path and velocity of robot toward the next waypoint. The proposed architecture is verified through the comparison with the conventional weighted sum-based approach with the simulations using a developed simulator for HanSaRam-IX (HSR-IX).     

动态未知环境中移动机器人的滚动路径规划

本文借鉴预测控制滚动优化原理，研究了全局环境未知且存在动态障碍物情况下的 机器人路径规划问题．文中提出的基于滚动窗口的移动机器人路径规划方法充分利用机器人 实时测得的局部环境信息，以滚动方式进行在线规划，实现了优化和反馈的合理结合，对动 态环境具有良好的适应性．     

车型移动机器人的SPRM路径规划方法

研究车型移动机器人的路径规划问题,提出一种用局部规则路图结合随机路图,辅助建立全局复合路图的环境建模方法. 在此基础上进行路径规划,提高了在障碍物附近产生的局部路径的质量,减少了由于频繁地执行避碰校验所造成的时间消耗,并解决了可行空间丢失的问题. 仿真实验验证了这种方法在车形移动机器人路径规划应用中的有效性.     

Deformable Motion: Squeezing into Cluttered Environments

We present an interactive method that allows animated characters to navigate through cluttered environments. Our characters are equipped with a variety of motion skills to clear obstacles, narrow passages, and highly constrained environment features. Our control method incorporates a behavior model into well‐known, standard path planning algorithms. Our behavior model, called deformable motion, consists of a graph of motion capture fragments. The key idea of our approach is to add flexibility on motion fragments such that we can situate them into a cluttered environment via constraint‐based formulation. We demonstrate our deformable motion for realtime interactive navigation and global path planning in highly constrained virtual environments.     

一种虚拟人导航运动的路径规划算法

提出了一种虚拟人在复杂的3D障碍环境中根据导航目标快速进行最优路径规划的算法,该算法以使用栅格法表示虚拟环境为基础。首先,将虚拟环境中虚拟人高度范围内所有障碍物的几何形状映射到一个离散的2D位图,并对障碍物进行“膨胀”;然后,使用提出的算法规划出一条从初始位置到目标位置的最优路径,引导虚拟人在虚拟环境中进行导航运动。该方法可以在较少的内存代价和计算代价的情况下,快速规划出从虚拟人目前位置到目标位置的最优路径,算法的可行性和有效性经过实验验证。