动态环境下基于蚁群算法的机器人路径规划

机器人技术 路径 算法

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第 6卷第 3期 20 0 6年 9月

南京师范大学学报 ( T程技术版 ) J U N LO A J G N R A N V R IY( N I E R N N E H O O Y) O R A F N N I O M LU I E ST E G N E IG A D T C N L G N

,o _ . l l 6 No 3 S p, 0 e 2 06

动态环境下基于蚁群算法的机器人路径规划谢园园朱庆保 ,( .东南大学软件学院,苏南京 20 9;.南京师范大学数学与计算机科学学院,苏南京 20 9 ) 1江 10 6 2江 10 7

[要]提出了在动态环境中移动机器人的一种路径规划方法,摘 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 .用栅格法建立了机器人工作空间模型,个系统由全局路径规划和局部避碰规划两部分组成 .全局路径规采整在划中,改进蚁群算法规划出初步全局优化路径;部避碰规划主要是在跟踪全局优化路径的过程中,过基于滚动窗口的用局通环境探测和碰撞预测,动态障碍物实施有效的局部避碰策略,而使机器人能够安全顺利地到达目的地 .真实验的结果对从仿表明所述方法具有可行性 .

[关键词]机器人路径规划, 动态环境,全局路径规划,局部避碰规划,蚁群算法[中图分类号]T 3 l[ Pl 文献标识码]A[ 文章编号]6 219 ( 06 0 -0 50 17—22 2 0 ) 304 - 6

Pa h Pl n n o b t s d o An l n g r t m t a ni g f r Ro o s Ba e n t Co o y Al o ih

u d r Dy a i v r n n n e n m c En io me tXI a y a Yu n u n. Z E HU Qig a nbo,

( . ol eo otae E gn e n, o te s U i r t,N nig2 0 9 C ia 1 C l g f f r n ier g S uh a t nv s y aj 10 6, hn; e S w i ei n

2 S ho o te ac n o p t c ne aj gN r a U i ri, aj g20 9,C ia .col f h m t sadC m ue Si c,N ni om l nv sy N ni 1 7 hn ) Ma i r e n e t n

Absr t:Thi p rp e e t e a pra h t o o t a nig u e y a c n r n n . Grd m eh d i tac spa e r s ns a n w p o c o r b tpah pln n nd r d n mi e vio me t i t o s u e o mo e he wo k p c . Th oe s se i cud st rs:t lba t lnn n n h oc lpln n s d t d lt r s a e e wh l y tm n l e wo pat he go lpah pa i g a d t e l a a nig fro tc ea oda c . I h lb lp t lnnng,a p i a o e t h oa sf n y a tc lny ag rtm s i o bsa l v i n e n t e go a ah pa i n o tm lrut o t e g li ou d b n oo lo ih; n

t e lc lp a n n ro sa l v i a c .w i l w n h lb l ah.s v r l ol i n— f e s a e i sfrd f r h o a ln ig f b tce a o d n e h l f l i g te go a p t o eoo e e a l so c i r t t ge i e· e r o f e t i ain r s d a trt e e v rn n ee t n a d c l so r dc in b s d o ol g wi d w n o d rt a n t t s ae u e f h n i me td tc i n ol in p e it a e n r l n n o s

i r e h t su o e o o i o it e r b tr a he h o ls ey. e r s t ft e sm ua in e pe me ti ia e t tt e prpo e meh d i e s— h o o e c s t e g a a l Th e ul o h i lto x r f s i n ndc t ha h o s d to sf a i bl e. Ke y wor ds:r b tpah pln n o o t a nig,d n mi nvr n n,go lp t lnn n y a ce io me t lba a h p a i g,lc lpln n ro sa l v d n e, o a a nig f b t ce a oia c o a tc l y ag rt m n oon lo ih

0引言 移动机器人路径规划问题是指在有障碍物的工作环境中,如何寻找一条从给定起始点到终止点的较优的运动路径,使机器人在运动过程中能安全,碰撞地绕过所有障碍物,所走路径最短 .目前,于静无且对态环境下路径规划问题的研究已取得较多成果,主要是用一次性的全局规划来得到一条自起点到终点的

安全路径,采用某些算法对路径进行优化,并如遗传算法,神经网络和模糊算法等¨,这些方法存在着 但搜索空间大,算法复杂,效率不高等问题. 本文针对动态环境中同时存在已知静态障碍物和未知动态障碍物的复杂情况,用全局路径规划和采局部避碰规划相结合的思想,根据全局静态信息运用改进后的蚁群算法完成机器人路径全局规划,先在此基础上,由基于局部滚动窗口的动态碰撞预测和信息反馈进行局部避碰规划,确定出一条安全无碰且距离相对较短的机器人行走路径,而为动态环境下机器人路径规划的研究方法提供一种新手段 .从收稿日期: 0 51-4 20·02 .作者简介:园园 ( 9 2)女,士研究生,要从事智能控制等方面的学习和研究 Emalm l yxe 13 ci谢 18一,硕主 - i: eo·i 6 .o d@ n通讯联系人:庆保 ( 9 5 )教授,要从事人工智能与智能控制等方面的教学与研究 . - i:hqnbo ju e u c朱 15一,主 Ema zu iga@nn .d .n l- .-——

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总体解决方案与环境描述针对引言中指明的研究范围,出总体解决提方案包括全局路径规划和局部避碰规划两部分,全局路径规划…"………"…"………………………:…

局部避碰规划……"…………………………………………….…;

如图 1示 .局路径规划根据全局感知模块提所全供的静态障碍物信息,用改进蚁群算法确定出采一

蚁群算法确定路径

l针对各种预测情况采取不l 同的避碰措施个

条未考虑未知

动态障碍物的初始全局优化路

T环境的建立

l走步的境测碰预每一前环探和撞测

径;着,接机器人按全局优化得到的路径行走,并通过传感器不断探测滚动窗口内动态障碍物的运

T l全局感知

个 I环信的新 境息更^

动信息,根据对动态障碍物运动轨迹的预测,判断是否会与其发生碰撞,由此采取相应的避碰策略, 从而最终能够安全到达目的地且保证路径较优 . 设机器人的工作空间为二维平面上的有限平

局部感知

图 1总体解决方案图示

面区域 D.中分布着有限个已知静态障碍物和其有限个未知动态障碍物 .路经规划的目的是使机器人由起点 g,全避碰地沿一条较短路径到达终点 安 g .为使问题简化,本文所指的动态环境只针对未知动态障碍物作匀速直线运动的简单情况,其他更复杂的情况则有待于今后的进一步研究. 将 D的左上角视为坐标原点,向为轴,向为】轴,次划分为 rw Xc 1大小相同的正方形栅横纵,依 o o个格,长为 f由这些栅格构成了一个连通图,器人要在这个连通图上搜索一条从起始栅格到目标栅格的边 .机

路径(由栅格的序号来表示 )定义左上角第一个栅格的序号为 0,照从左至右,上到下的顺序依次编 .按从序.记∈D为任意栅格,为 g在行号,为 g在列号,应序号为Ⅳ,三者之间的映射关系由式 ( ) r所 c所相则 1确定:

r r=l/ o]+1 N c1

i:% o+ cⅣc l l另作以下假设:

西北

j

东北

7

假设 1考虑机器人和动态障碍物的大小,:在二维平面上将其均视为圆形,径分别为 D和 D.其中 D< l2 D.< l2 .直 ( /,/)

\ .//\ 西南

假设 2机器人和动态障碍物只有 8种运动方向,图 2所示.:如 假设 3设所有动态障碍物的速率为,:且运动轨迹均为直线;器机人的速率为,和恒定, V≥ V . 且 o 假设 4:机器人每走一步即走一个栅格的中心点,意时刻机器人能任

/,\东南 一, P 旨

图 2机器人和动态障碍物运动方向示意

探测到以当前栅格中心点为中心, …… 此处隐藏：3644字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……