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。     

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。     

改进A*算法的移动机器人最短路径规划

针对复杂室内环境下移动机器人路径规划存在实时性差的问题,通过对Dijkstra算法、传统A^*算法以及一些改进的A^*算法的分析比较,提出了对A^*算法的进一步改进的思路。首先对当前节点及其父节点的估计路径代价进行指数衰减的方式加权,使得A^*算法在离目标点较远时能够很快地向目标点靠近,在距目标点较近时能够局部细致搜索保证目标点附近障碍物较多时目标可达;然后对生成的路径进行五次多项式平滑处理,使得路径进一步缩短且便于机器人控制。仿真结果表明,改进算法较传统A^*算法时间减少93.8%,路径长度缩短17.6%、无90°转折点,使得机器人可以连续不停顿地跟踪所规划路径到达目标。在不同的场景下,对所提算法进行验证,结果表明所提算法能够适应不同的环境且有很好的实时性。     

A*算法在AGV路径规划上的改进与验证

针对单AGV路径规划时,A^*算法的启发函数采用曼哈顿距离时遇到障碍物会出现局部绕行这一问题,将带有障碍物的栅格地图作为环境模型,研究出两种改进A^*算法的路径规划方法。第一种方法是在遇到障碍物时将启发函数中曼哈顿距离换成欧氏距离,利用欧氏距离规划路径代价最小的特性避免绕行;第二种方法通过比较AGV遇到障碍物的位置与障碍物左右两端距离大小,通过规定行驶方向避免绕行。仿真结果表明,两种方法均可以在单AGV遇到障碍物时避免绕行,有效地减少了行驶时间,也使得路径更加平滑,提高了AGV的运行效率。     

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。     

改进A*算法的机器人全局最优路径规划

针对传统A^*算法规划的路径存在很多冗余点和拐点的问题,提出了一种基于A^*算法改进的高效路径规划算法。首先,改进评价函数的具体计算方式,减小算法搜索每个区间的计算量,从而降低寻路时间,并改变生成路径;其次,在改进评价函数具体计算方式的基础上,改进评价函数的权重比例,减少生成路径中的冗余点和拐点;最后,改进路径生成策略,删除生成路径中的无用点,从而提高路径的平滑性;此外,考虑到机器人的实际宽度,改进后算法引入障碍物扩展策略保证规划路径的可行性。将改进A^*算法与三种算法进行仿真对比,实验结果表明,改进后的A^*算法规划的路径更加合理,寻路时间更短,平滑性更高。     

矿用卡车无人驾驶系统路径规划方案研究

矿用卡车无人驾驶是露天煤矿智能化建设的重点实施项目。目前常用的矿用卡车无人驾驶路径规划算法中,人工势场法虽然实时性较好,但是只考虑静态障碍物约束,不适用于动态场景;基于采样的路径规划算法对于非完整约束动力学模型无法进行处理;基于图搜索的路径规划算法常用的方法是A^*算法,可有效解决最短路径问题,但易陷入“死循环”,且规划出的路径折点较多。针对上述问题,提出一种基于图搜索的混合A^*(Hybrid A^*)路径规划算法方案。该方案充分考虑车辆运动学模型,通过优化启发函数得到合理的全局规划路径,然后融合多传感器信息建立局部地图,采用回旋曲线的方法将车辆模型与目标点建立联系,形成局部路径。实际应用结果表明,该方案可适用于实际生产中的各种极端装载、卸载道路条件,具备常规最短路径、狭窄区域铲窝模式、长距离倒车、反向装车绕行、移铲自动跟随等多种自适应规划能力,同时在规划过程中能够智能识别并避开规划区域内电铲、指挥车、电缆桥、山体等障碍物,从而实现快速、平稳、准确地引导无人驾驶矿用卡车到达预设调度位置,确保了生产过程的高效性和安全性。     

基于已知地形信息的海底机器人路径规划

路径规划是实现机器人智能化的重要组成部分,规划路径的优劣在很大程度上决定了机器人执行任务的效果. 传统的路径规划算法,例如基于图搜索的dijkstra算法和其改进后的A^*算法,以及基于采样的RRT （rapidlyexploring random tree） 算法和其改进后的 RRT^*算法,仅仅考虑了避障问题;基于插值曲线的算法可以产生较为光滑的轨迹;基于数值优化的算法可以将机器人速度、加速度等加入损失函数,通过优化求解,产生动力学特性较好的轨迹. 然而,面对当前越来越精确、丰富的先验地形信息,鲜有算法可以充分利用他们. 对此,基于海底数字高程地图（digital elevation map, DEM）,提出扩展A^*算法及FM （fast marching）算法改进算法,能够利用先验地形信息提高路径规划的效果. 通过仿真分析,对比3种算法:扩展A^*算法、TC FM （terrian cared fast marching）和TC FM^*算法,仿真结果表明,扩展A^*     

基于改进A*算法的移动机器人路径规划

为了解决较大场景下A^*寻路算法存在的内存开销大、计算时间长等问题,本文在A^*算法的基础上,结合跳点搜索算法,提出一种改进的A^*算法．该算法通过筛选跳点进行扩展,直到生成最终路径,扩展过程中使用跳点代替A^*算法中大量可能被添加到OpenList和ClosedList的不必要节点,从而减少计算量．为了验证改进A^*算法的有效性,分别在不同尺寸的2维栅格地图中进行仿真,仿真结果表明,相比A^*算法,改进A^*算法在寻路过程中扩展更少的节点,寻路速度更快,且加速效果随环境地图的增大更加明显．最后将改进A^*算法应用于移动机器人Turtlebot2进行对比实验．实验结果表明,在生成相同路径的基础上,改进A^*算法的寻路速度较A^*算法提高了约200%,能够满足移动机器人路径规划的要求．     

基于改进的A*算法与动态窗口法的移动机器人路径规划

提出了一种改进的A^*算法与动态窗口法相结合的混合算法,以解决移动机器人在多目标复杂环境中的路径规划问题．首要,为了提升算法的运行效率,实现单次规划的路径可通过多个目标点,同时提升路径平滑处理的灵活性并满足移动机器人非完整约束条件,本文利用目标成本函数对所有目标进行优先级判定,进而利用改进的A^*算法规划一条经过多个目标点的最优路径,同时采用自适应圆弧优化算法与加权障碍物步长调节算法,有效地将路径长度缩短5%,转折角总度数降低26.62%．其次,为实现移动机器人在动态复杂环境中局部避障并追击动态目标点．提出将改进动态窗口算法与全局路径规划信息相结合的在线路径规划法,采用预瞄偏差角追踪法成功捕捉移动目标点,并提升了路径规划效率．最后,对所提方法进行仿真实验,结果表明该方法能够在复杂动态环境中更有效地实现路径规划．     

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。     

基于改进A*算法的无人车路径规划

传统的A^*算法在无人车路径规划中存在规划时间较长和搜索范围较大的缺点。综合分析A^*算法的计算流程后,从四个方面对A^*算法进行改进：1）目标性拓展,即根据待扩展节点和目标节点的相对位置来有目标性地选择不同的象限进行节点拓展;2）目标可见性判断,即判断待扩展节点与目标点之间有无障碍物,若无障碍物则跳出A^*算法的探索过程,以此减少多余的搜索;3）改变A^*算法的启发函数,即增加待扩展节点的n辈父节点到目标点的代价估计,以此减少到目标点的代价估计的局部最优情况;4）改变扩展节点的选取方略,即改变传统的最小化启发函数来选择扩展节点的方式,通过引入模拟退火法来优化扩展节点的选择方式,使得搜索过程尽可能向靠近目标点的方向进行。最后通过Matlab仿真实验结果表明,在模拟的地图环境下,提出的改进A^*算法在运行时间上减少67.06%,经历的栅格数减少73.53%,优化路径长度浮动范围在±0.6%。     

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。     

自动翻晒谷物机器人的全覆盖路径规划研究

针对谷物机器人在场地进行翻晒作业时,由于场地中存在电线杆或其他限定因素,可形成机器人不可达区域,造成谷物机器人翻晒效率低等问题,提出改进A^*算法的全覆盖路径规划方案。首先利用牛耕分解法、就近原则法、往返式弓子型遍历方法和A^*算法完成整个翻晒场地的全覆盖路径规划。其次通过对传统A^*算法进行研究分析,对其估价函数进行优化,较传统A^*算法相比减少无用节点的搜索,节约搜索时间。另外针对改进A^*算法规划出的路径转折点多等问题,本文利用贝塞尔(Bezier)曲线对路径拐点进行平滑处理,同时通过增加控制点的方式对Bezier曲线进行改进,使优化的路径更加安全。最后,实验结果表明,本文提出的方法可完成100%覆盖,说明了该方案的有效性,具有一定的应用价值。     

基于AprilTag视觉定位的移动机器人设计

为提高移动机器人的定位可靠性与准确性,设计了一种基于AprilTag标签的视觉定位机器人。首先采用AprilTag标签作为视觉定位标志符获得视觉定位信息,其次融合视觉定位、IMU以及避障信息实现移动机器人的准确定位,再利用改进A^*算法完成路径规划,最终实现移动机器人的指定任务。实践表明,移动机器人定位可靠稳固,可满足移动机器人的机能需求。     

一种基于深度强化学习的无人小车双层路径规划方法

随着智能无人小车的广泛应用，智能化导航、路径规划和避障技术成为了重要的研究内容。文中提出了基于无模型的DDPG和SAC深度强化学习算法，利用环境信息循迹至目标点，躲避静态与动态的障碍物并且使其普适于不同环境。通过全局规划和局部避障相结合的方式，该方法以更好的全局性与鲁棒性解决路径规划问题，以更好的动态性与泛化性解决避障问题，并缩短了迭代时间；在网络训练阶段结合PID和A^*等传统算法，提高了所提方法的收敛速度和稳定性。最后，在机器人操作系统ROS和仿真程序gazebo中设计了导航和避障等多种实验场景，仿真实验结果验证了所提出的兼顾问题全局性和动态性的方法具有可靠性，生成的路径和时间效率有所优化。     

六轴工业机器人先验引导RRT*避障轨迹算法研究

针对六轴工业机器人装配避障路径运动问题,研究了机器人整体避障运动路径规划方法,提出一种RRT*改进算法;算法以RRT*算法为基础,在障碍物建模中引入包围盒算法,加入对机器人各轴与障碍物的碰撞检测;在路径规划中加入对随机点生成方向与树枝生长方向的先验引导机制,优化了算法路径长度与路径搜寻效率;通过Matlab进行了试验验证,结果表明与标准RRT*算法相比,先验引导RRT*算法缩短路径长度14%左右,且满足机器人末端路径与手臂各轴的避障需求。     

基于μClinux的嵌入式导盲系统

提出一种为盲人或视弱人群提供导航的基于盲道识别的嵌入式系统的设计方案。结合高性能定点DSP ADSP-BF533 和视频解码芯片SAA7113,设计图像处理硬件平台,移植嵌入式操作系统并给出算法实现与优化方法。实验结果表明,该系统在自然盲道情况下达到必需的处理实时性和判断的准确性要求,可较好地服务于盲人的独立出行。     

未知环境下单目视觉移动机器人路径规划

针对室内未知环境下的避障和局部路径规划,提出了一种单目移动机器人路径规划算法,该算法通过对环境图像的自适应阈值分割,获取障碍物与地面交线轮廓点集。通过对现有几种单目测距方法的分析比较,提出一种改进的空间几何约束单目视觉测距计算方法,并依据单目测距的几何关系建立了图像坐标系与机器人坐标系的映射,绘建了一定比例的局部地图。在局部地图上通过改进的人工势场算法为机器人规划路径,改进的人工势场算法解决了传统算法目标点不可到达的问题。通过MATLAB进行仿真实验,结果表明该方法可以规划出有效合理的路径。