基于改进A*算法的无人机避障路径规划

近年来,物流行业的飞速发展,运输是物流的重要环节之一,根据数据显示,运输的成本占据整个物流成本的50%以上.无人机的使用有效的控制了运输成本,合理规划物流无人机的飞行路线,也起着至关重要的作用.在物流无人机的航迹规划中,必须保证无人机飞行过程中能够准确避开禁飞区.本文基于A^*算法,结合多种类型的禁飞区,设计出一种改进算法,能够找到任意两客户点间无人机避障飞行的最优路线.仿真结果表明,本文所设计的算法能够有效解决多类型禁飞区并存的无人机避障路径规划问题.     

一种基于改进A*算法的室内导航路径规划方法

路径规划是室内导航研究的关键技术之一。A^*算法是一种常见的路径规划算法,当区域的点数量较少时,找寻最优路径是最有效的直接搜索方法。但当路径点规模较大时,使用数值优化算法求解最佳路径的难度急剧增加,导致规划时间所需时间过长,不符合实时性要求。为提高路径规划方法中的效率和稳定性,在梳理室内导航路径规划已有算法和方案的基础上,分析了A^*算法的基本思想与实现步骤,并针对室内导航中A^*路径算法存在的问题,提出了一种改进型A^*算法优化的方案。利用用户对最短距离和直行路程的需求,在位置计算中,引入同时考虑方向和距离启发信息的启发函数,把POI点与寻路节点分开处理,以映射的方式建立联系。将该方案应用于室内导航中A^*算法实现伪代码,对算法改进前后进行算法效率测试。结果表明,改进后A^*算法的整体效率提升了近50%,改进型A^*算法在室内导航路径规划的效率和稳定性比较优,达到了加速导航算法的目的。     

改进A*算法在机器人室内路径规划中的应用

传统A^*算法在面向机器人室内多U型障碍的特殊场景下规划路径时，容易忽略机器人实际大小，且计算时间较长。针对这个问题，提出一种改进A^*算法。首先引入邻域矩阵进行障碍搜索以提升路径安全性，然后研究不同类型和尺寸的邻域矩阵对算法性能的影响，最后结合角度信息和分区自适应距离信息对启发函数进行改进以提高计算效率。实验结果表明，改进A^*算法可以通过更改障碍搜索矩阵的尺寸来获得不同的安全间距，以保证不同机器人在不同地图环境下的安全性；而且在复杂大环境中与传统A^*算法相比寻路速度提高了28.07%，搜索范围缩小了66.55%，提高了机器人在遇到动态障碍时二次规划的灵敏性。     

基于双混沌改进的萤火虫算法无人机路径规划

针对无人机在自适应巡航路径规划存在的效率低、规划困难等问题,提出一种多角度改进的萤火虫算法。首先利用Chebyshev混沌特性初始化种群,改善了初始种群不易产生的问题;针对步长因子过于固定的问题,引入Levy飞行策略改进位置更新公式和步长更新公式,提高了种群的搜索范围和有效性;其次利用logistic混沌变异改进吸引度系数,提高了个体跳出当前状态逃离局部陷阱解的概率,加快收敛速度;最后基于建立的优化函数进行仿真,结果表明,改进后路径长度减少7.47%,节点减少31.57%,平顺度优于改进前,收敛时间减少18.54%,取得很好的收敛效果,有助于无人机在真实场景完成飞行作业。     

融合改进A*算法和Morphin算法的移动机器人动态路径规划

在动态未知环境下对机器人进行路径规划,传统A*算法可能出现碰撞或者路径规划失败问题.为了满足移动机器人全局路径规划最优和实时避障的需求,提出一种改进A*算法与Morphin搜索树算法相结合的动态路径规划方法.首先通过改进A*算法减少路径规划过程中关键节点的选取,在规划出一条全局较优路径的同时对路径平滑处理.然后基于移动...     

基于改进RRT算法的无人机三维避障规划

RRT算法由于其在复杂环境中有强大的随机搜索能力,在无人机避障规划中被广泛运用.为了提高无人机避障规划的效率,提出了一种基于预规划路径优化RRT算法的无人机三维避障规划算法.算法首先在障碍物膨胀规则和相交规则下生成预规划路径,然后将预规划路径看做成连续的质点组成,按一定的扩展树步长的比例从连续质点取点来确定搜索树的随机...     

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。     

基于改进D^*算法的室内移动机器人路径规划

对于D^*算法,由于其本身存在一定的缺陷,例如,规划阶段的庞大计算量,所得路径转角相对较大、具有多次转弯数,且若目标点更换后,原有规划不宜再用,应再次作出规划等。因此,对此算法进行改进。基于沃罗诺伊路线图法,将目标环境分解为多个局部环境,选取局部路径目标点时,以局部环境关键节点为主,对于无用节点,采取舍弃操作。使D^*算法的改进基于两点,即子节点选定方式、启发函数的改进,同时最大程度确保路径平滑。仿真结果表明,在转角度数、转弯次数上均有优化,规划时间缩短,路径质量提高,适当保持与障碍物的距离,机器人执行任务的安全性得到保障。在目标点变更后,利用沃罗诺伊路径路线图,机器人以更小的计算量抵达新的目标点。     

基于改进A*算法的无人机航迹规划

在无人机航迹规划问题的研究中,针对在执行飞行任务前,需要根据所经区域内已知的地形、地貌、障碍和威胁等信息以及飞机本身机动能力的限制计算出飞行航迹, 并根据规划出的航迹完成飞行任务.能准确识别起始点到目标航路,提出了一种基于改进A*算法的无人机航迹规划方法,将无人机自身的性能和飞行任务结合到A*算法中去,在节点的搜索过程中解决了A*算法大空间搜索耗时多的问题.通过简单的路径消减算法去除不必要的航迹点,使得规划出来的航迹能够最大程度上满足无人机的运动特性.仿真结果表明采用的方法计算速度快并且规划达到最优性能.     

基于改进A*算法的无人机三维空间避障路径规划

无人机在有障碍物的三维空间环境中飞行,采用常规A*算法进行避障航线的规划存在搜索节点多、搜索区域大、搜索时间长、搜索效率低、生成的航线拐角多且含有大量非必要冗余航点、没有考虑无人机自身体积与尺寸而引发的飞行中与障碍物边界碰撞的航线不安全等问题。因此,设计一种改进A*算法,首先,考虑无人机本身体积与尺寸,提出一种消除边界碰撞事故的子节点扩展方法;其次,改进评价函数,减少往复搜索次数,缩小搜索区域面积,提高搜索效率;然后,根据Floyd思想,对生成的航线进行简化处理,消除航线中的冗余航路点,减少航线转角数量,达到简化航线并改善航线平滑度的效果;最后,非线性仿真及飞行试验表明了改进的A*算法生成的航线更加安全、高效,并使无人机的飞行连续和顺畅。     

月球表面巡视探测自主局部避障规划

路径规划是月球表面巡视探测自主导航的重要功能,是提高地外天体表面探测效率和安全性的关键.国外已实现的地外天体表面自主路径规划方法以局部避障为主要目标,不考虑全局目标可达性和完备性,本文针对该问题,提出一种基于地形通过性定量评价和目标可达的综合自主局部避障规划方法,通过对稠密地形数据进行可通过性能的综合评价,并考虑与目标的方位和距离,规划出能够到达目标的避障安全路径.该方法已经成功应用于我国\"玉兔号\"和\"玉兔二号\"月球车的自主导航中.     

精梳棉车间棉卷自动运输系统开发

连接生产工序参与生产流程是移动机器人真正应用于车间提高生产效率的关键。根据精梳棉车间的工作环境,研制了基于开源机器人操作系统（ROS）的棉卷自动运输机器人系统。移动机器人应用激光传感器采集车间环境数据,采用Gmapping算法构建精梳棉车间地图,应用经典A^*和人工势场法融合的混合路径规划算法自主规划行驶路径,并采用视觉二维码技术实现生产设备前的精确定位。测试结果显示,在1 m/s安全速度下,棉卷运输机器人定位误差与航向偏差的平均绝对误差（MAE）分别小于5 cm和07°,完全满足在精梳棉车间内自主避障运动以及在生产设备前精确定位的实际作业需求。     

动态环境下多重A算法的机器人路径规划方法

传统的A*算法仅适用于全局的静态环境,在求解路径规划问题时存在搜索效率低,路径不平滑等不足.针对这些问题,进行了以下改进:优化全局路径节点,引入删除冗余点准则与新增节点准则,使得全局路径更加平滑,更符合机器人运动学规律;结合滚动窗口法的思想,在每个滚动窗口内进行局部路径规划,首先根据前一步的节点信息确定局部子目标区域,...     

Deliberative On-Line Local Path Planning for Autonomous Mobile Robots

This paper describes a method for local path planning for mobile robots that combines reactive obstacle avoidance with on-line local path planning. Our approach is different to other model-based navigation approaches since it integrates both global and local planning processes in the same architecture while other methods only combine global path planning with a reactive method to avoid non-modelled obstacles. Our local planning is only triggered when an unexpected obstacle is found and reactive navigation is not able to regain the initial path. A new trajectory is then calculated on-line using only proximity sensor information. This trajectory can be improved during the available time using an anytime algorithm. The proposed method complements the reactive behaviour and allows the robot to navigate safely in a partially known environment during a long time period without human intervention.     

自主微型直升机飞行路径规划研究

实现无人直升机在不确定3 维环境中的自主行为,路径规划是关键所在.考虑到直升机的实时要求,基于距离转换方法,提出一种改进的快速3维路径规划方法,并对避障策略做了一些探讨.仿真试验的结果验证了其有效性. 􀁽     

POMDP-APF：一种基于POMDP模型的APF无人机路径规划策略

针对无人机在路径规划过程中会遇到静态或者动态的障碍物,从而导致路径规划失败的问题,提出一种基于部分可观测马尔可夫决策过程（partially observable markov decision process,POMDP）模型的人工势场（artificial potential field,APF）无人机路径规划策略（POMDP-APF）。首先使用传感器获得的障碍物信息结合POMDP模型预测障碍物的未来位置,为无人机的路径规划做准备;其次,提出一种新的基于障碍物的正方体外接球的模型,保障无人机在路径规划过程中的安全性;最后,结合改进的APF算法实现无人机的路径规划。仿真结果表明,POMDP-APF策略在无人机实时路径规划中具有良好的可行性和有效性,使无人机能够有效避开障碍物,同时路径长度以及耗费时间更短。     

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。     

一种基于轻量级矢量地图的无人车导航方法

现有的差分全球定位系统通常需要高精度地图数据的支持,然而高精地图制作成本高昂,且 庞大的地图数据对车载电脑性能及网络通讯带宽有较高要求。该文提出一种基于低数据量矢量地图的智能车导航方法,通过引入道路标签机制,从高层次抽象组织道路点,以便快速建立矢量导航地图,并大幅度降低道路点的重复存储。基于该地图的导航方法自动规划最优全局路径,通过基于预瞄点与历史点的几何学算法进行路径跟踪与避障,从而将上位机计算出的方向盘转角、油门和制动踏板深度信息传递到车辆底层控制器,以控制车辆按规划路径行驶。该方法的有效性和准确性在自主开发的无人驾驶平台上得到了验证。