Path planning of fire-escaping system for intelligent building

We present the path-planning techniques of the fire-escaping system for intelligent building, and use multiple mobile robots to present the experimental scenario. The fire-escaping system contains a supervised computer, an experimental platform, some fire-detection robots and some navigation robots. The mobile robot has the shape of a cylinder, and its diameter, height and weight are 10?cm, 15?cm and 1.5?kg, respectively. The mobile robot contains a controller module, two DC servomotors (including drivers), three IR sensor modules, a voice module and a wireless RF module. The controller of the mobile robot acquires the detection signals from reflective IR sensors through I/O pins and receives the command from the supervised computer via wireless RF interface. The fire-detection robot carries the flame sensor to detect fire sources moving on the grid-based experiment platform, and calculates the more safety escaping path using piecewise cubic Bezier curve on all probability escaping motion paths. Then the user interface uses A* searching algorithm to program escaping motion path to approach the Bezier curve on the grid-based platform. The navigation robot guides people moving to the safety area or exit door using the programmed escaping motion path. In the experimental results, the supervised computer programs the escaping paths using the proposed algorithms and presents movement scenario using the multiple smart mobile robots on the experimental platform. In the experimental scenario, the user interface transmits the motion command to the mobile robots moving on the grid-based platform, and locates the positions of fire sources by the fire-detection robots. The navigation robot guides people leaving the fire sources using the low-risk escaping motion path and moves to the exit door.     

基于改进A*算法室内移动机器人路径规划

A*算法常用于二维地图的路径规划,但是在利用其进行室内移动机器人路径规划时,存在过多的冗余点和拐点,造成了内存消耗过大和路径不平滑。针对上述问题,提出了一种改进的A*算法。结合跳跃点搜索理论,利用先验信息,用选取的关键点代替了传统A*算法中Openlist和Closelist的点,减小了计算量,提高了运算速度。运用反向搜索策略,对路径进行二次规划,删除不必要的转折点,降低了路径长度。将路径在转折点处进行动态圆平滑处理,提高了路径的平滑性。为了验证改进A*算法的性能,将其应用于不同尺寸仿真栅格环境地图和处于真实室内环境的机器人中,实验结果表明,在相同环境下,改进算法相较于传统的A*算法,在运行时间、路径长度和平滑程度上均有明显的提高。     

博弈树置换表启发式算法研究

博弈树搜索对于计算机博弈至关重要。优秀的搜索算法通过搜索较少的节点就可以获得最佳路径,从而提高计算机的博弈水平。论文以中国象棋计算机博弈作为背景,在alpha-beta基本搜索算法上,详细阐述了置换表启发算法的原理和哈希冲突,引进了双层置换表的概念及其替换策略,增强了引擎的搜索效率。实验结果表明了该算法的有效性。     

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．     

Speech-based formation control of the multi-robot system

The article presents multiple pattern formation control of the multi-robot system using A* searching algorithm, and avoids the collision points moving on the motion platform. We use speech recognition algorithm to decide the various pattern formations, and program mobile robots to present the movement scenario on the grid-based motion platform. We have been developed some pattern formations to be applied in game applications, such as long snake pattern formation, phalanx pattern formation, crane wing pattern formation, sword pattern formation, cone pattern formation and so on. The mobile robot contains a controller module, three IR sensor modules, a voice module, a wireless RF module, a compass module, and two DC servomotors. The controller of the mobile robot can acquire the detection signals from reflect IR sensor modules and the compass module, and decide the cross points of the aisle. The mobile robot receives the command from the supervised computer, and transmits the status of environment to the supervised computer via wireless RF interface. We develop the user interface of the multi-robot system to program motion paths for various pattern formation exchanges using the minimum displacement. Users can use speech to control the multiple mobile robots to execut pattern formation exchange. In the experimental results, users can speak the pattern formation. The speech recognition system receives the signal to decide the pattern formation. The multiple mobile robots can receive the pattern formation command from the supervised computer, and arrange the assigned pattern formation on the motion platform, and avoid other mobile robots.     

基于改进A*算法的移动机器人路径规划研究

A*算法广泛应用于移动机器人路径规划中，而传统A*算法在寻路时，普遍存在搜索时间较长、效率低下等问题，因此，采用双向搜索的方式，对传统A*算法加以改进，该算法在路径规划过程中，可同时进行正反向路径搜索，同时采用正反向搜索交替机制，保证了最终目标节点搜索在连线中点区域内相遇，从而缩短了寻路计算时间。在MATLAB平台上，针对改进后的A*算法进行仿真实验，结果证明，双向A*算法减少了规划时间，且可生成最优路径。最后，将该算法应用到基于开源机器人操作系统的Turtlebot2移动平台上，进行现场实验，实验结果表明，双向A*算法减少了寻路计算时间，从而使得路径搜索效率得到显著提升，且规划路径合理，满足路径规划要求。     

一种Halton序列的HDRRT移动机器人融合规划算法

针对标准快速扩展随机树(RRT)算法采用伪随机序列导致采样点分布不均、不合理,且移动机器人从起始点到目标点路径有冗余路段及冗余节点的问题,提出HDRRT (halton & dijkstra & rapidly exploring random tree)算法,该算法采用采样点分布均匀性好的Halton序列进行采样,并利用候选点集策略对节点进行筛选,以剔除冗余节点;同时该算法采用改进的Dijkstra算法提取原始路径关键节点,以减少路径冗余路段;在此基础上采用3次B样条曲线对路径作平滑处理.经Matlab联合ROS系统仿真结果表明, HDRRT算法相对于Bias-RRT和标准RRT算法具有快速性,稳定规划出最短以及平滑路径等优点.     

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。     

基于LabVIEW的五子棋博弈算法

针对目前五子棋人机对弈多数基于电脑、手机,缺少真实环境的问题,提出一种基于LabVIEW的博弈算法,并运用于真实的五子棋人机对弈。首先通过图像采集系统获取当前状态下棋盘及人机双方棋子的位置信息;然后对棋局的局势进行分析;同时为了提高下棋的效率,对棋型进行了分类,并对原有的博弈算法进行改进,采用进攻和防守两个权值简化决策过程。通过真实的对弈测试表明,基于LabVIEW的五子棋博弈算法能快速、准确地实现五子棋的人机对弈。     

基于分层搜索的移动机器人路径优化

分析比较了经典的全局路径规划算法,针对移动机器人运动路径规划的优化问题,将A*、人工势场、栅格等多种算法的优势加以综合考虑,提出一种基于栅格的分层搜索概念。该方法采用栅格法进行建模,以分层搜索为核心思想,外层采用A*算法将复杂的图元模糊化以简化环境,内层则采用人工势场算法将具体的栅格还原以解模糊,具有一定的理论意义与应用前景。其仿真实验表明,该方法能达到较好的路径规划效率和实时性。     

异构多目标差分-动态窗口算法 及其在移动机器人中的应用

为了实现在多移动机器人和多窄通道的复杂动态环境中机器人的节能运动规划,提出异构多目标差分-动态窗口法(heterogeneous multi-objective differential evolution-dynamic window algorithm,HMODE-DWA).首先,建立行驶时间、执行器作用力和平滑度的3目标优化模型,设计具有碰撞约束的异构多目标差分进化算法来获得3个目标函数的最优解,进而在已知的静态环境中获得帕累托前沿,利用平均隶属度函数获得起点与终点间最优的全局路径;其次,定义基于环境缓冲区域的模糊动态窗口法使机器人完成动态复杂环境中避障,利用所提出的HMODE-DWA算法动态避障的同时实现节能规划.仿真和实验结果表明,所提出的混合路径规划控制策略能够有效降低移动机器人动态避障过程中的能耗.     

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。     

A hybrid formation path planning based on A* and multi-target improved artificial potential field algorithm in the 2D random environments

Traditional artificial potential field algorithm for multi-robot formation is easy to fall into local minima and the path planning efficiency is low. To this end, we propose a new method of a hybrid formation path planning based on A* and multi-target improved artificial potential field algorithm (A*-MTIAPF) that provides the optimal collision free path and improves the efficiency for multi-robot formation path planning. The A*-MTIAPF algorithm integrates global path planning and local path planning. The novelties include combining A* with the improved artificial potential field algorithm and dividing multiple virtual sub-target points on the global optimal path of A* planning. Firstly, A* algorithm is used to complete the global path planning. Secondly, the improved artificial potential field algorithm which takes multiple sub-target points divided by the global optimal path as virtual target points is used to complete local path planning by switching target points. In addition, we propose a double priority judgment control algorithm (DPJC) to solve the collision problem among multiple robots by setting double priority to determine the movement order of each robot. Then, a new experimental method is designed by using the randomly generated 2D maps to verify the effectiveness of the proposed method. The results show that our method has advantages that it solves the local minimum problem, improves the efficiency of formation path planning and avoids collision among multiple robots over existing methods.     

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．     

一种基于改进冲突搜索的多机器人路径规划算法

针对智能仓储环境下多载位自主移动机器人集群拣选-配送路径规划问题,提出一种改进型基于冲突搜索的多智能体路径规划算法.在模型方面,采用多载位机器人替代KIVA机器人,建立以最小化拣选-配送时间以及无效路径比为目标的数学规划模型.在算法方面,首先,提出一种基于优先级规则的多智能体冲突消解加速策略;然后,设计基于动态规划的单机器人拣选序列优化算法;最后,设计考虑转向惩罚的增强A*算法搜索机器人最优路径.实验结果表明:所提出模型与KIVA系统相比有较大优越性;所提出算法能够有效缩短拣选-配送时间、减少无效路径时间.     

BA*: an online complete coverage algorithm for cleaning robots

This paper presents a novel approach to solve the online complete coverage task of autonomous cleaning robots in unknown workspaces based on the boustrophedon motions and the A* search algorithm (BA*). In this approach, the robot performs a single boustrophedon motion to cover an unvisited region until it reaches a critical point. To continue covering the next unvisited region, the robot wisely detects backtracking points based on its accumulated knowledge, determines the best backtracking point as the starting point of the next boustrophedon motion, and applies an intelligent backtracking mechanism based on the proposed A* search with smoothed path on tiling so as to reach the starting point with the shortest collision-free path. The robot achieves complete coverage when no backtracking point is detected. Computer simulations and experiments in real workspaces prove that our proposed BA* is efficient for the complete coverage task of cleaning robots.     

一种基于改进RRT*的全局路径规划算法

针对传统RRT*全局路径规划算法在多障碍物复杂环境中搜索效率低、占用内存过大、搜索路径不平滑等问题,提出一种基于简化地图的区域采样RRT*算法(simplified map-based regional sampling RRT*,SMRS-RRT*).首先简化处理全局栅格地图,在此基础上寻找从起点到目标点的最优路径点...     

一种改进的群体智能寻路算法

以游戏中群体智能角色的路径搜索为研究背景,提出一种改进的群体智能寻路算法。该方法把游戏寻路过程划分成三个阶段:第一阶段为预处理阶段,针对特定的目标点,采取逆向路径搜索策略,建立最优解路径表。第二阶段,针对动态障碍物的避让,运用实时A*算法生成局部动态路径,并与初始路径进行拼接。第三阶段,对找到的路径进行关键点优化和Catmull-Rom样条平滑处理。实验结果表明该方法在游戏开发中的实用价值。     

融合环境信息和运动约束的改进A*算法研究

标准A*算法存在着无法考虑移动机器人运动特性及处理后的路径不利于移动机器人运动等问题。针对这一问题提出了一种新改进A*算法,通过环境信息引入障碍物权重系数来改进算法的启发函数并进行全局路径规划;优化搜索节点的选取方式和设定障碍物与路径之间的安全距离;基于对移动机器人的运动特性的考虑优化其路径,并在不同环境地图中与其他算法进行仿真实验对比分析。相关实验表明：基于新改进A*算法规划的路径始终与障碍物保持一定的安全距离;改进A*算法在时间上相比标准A*算法平均减少了80%,路径长度平均减少了2%,路径转角平均降低了82%。改进后算法相比其他算法在时间、搜索节点以及平滑度上有很大的改进,融合机器人环境信息和运动特性的规划路径算法可为移动机器人的路径规划提供一种新的方法。     

一种移动机器人路径规划新算法

快速搜索随机树（Rapidly-exploring random Tree Star,RRT*）算法在移动机器人实际应用中规划路径在转向部分存在较多的冗余转折点,导致移动机器人在移动转向过程中出现多次停顿与转向,为剔除规划路径中的冗余路径点,提高机器人移动流畅性,提出一种改进的 RRT*算法。算法将局部逆序试连法引入移动机器人路径规划,在确保RRT*算法概率完备性和渐进最优性的前提下,剔除规划路径中的冗余路径节点,使最终路径更加接近最短路径。通过MATLAB仿真实验证明,规划路径平均长度缩短4%,算法耗时缩短35%,改进后的RRT*算法能缩短规划路径且转向部分路径更加平滑。最后,使用改进后的RRT*算法在室内环境下进行移动机器人路径规划实验。实验结果表明：规划路径上无冗余路径点,且移动机器人沿路径移动流畅。