Pseudo minimum translational distance between convex polyhedra (Ⅱ)——Robot collision-free path planning

By using the pseudo minimum translational distance between convexobjects, this paper presents two algorithms for robot path planning. First, an analytically tractable potential field is defined in the robot configuration space, and the concept of virtual obstacles is introduced and incorporated in the path planner to handle the local minima of the potential function. Second, based on the Lipschitz continuity and differentiability of the pseudo minimum translational distance, the flexible-trajectory approach is implemented. Simulation examples are given to show the effectiveness and efficiency of the path planners for both mobile robots and manipulators.

多碍航物水域救援船路径规划方法

为提升救援船在复杂环境中的适用性,基于安全距离约束法和改进蚁群算法,提出一种救援船路径规划方法。首先,根据救援船的初始位置和目标位置确定目标水域范围,运用栅格法将水域环境划分为可航水域和不可航水域,并通过安全距离约束的方法保障救援船与碍航物间的最小安全距离;然后,优化信息素初始浓度、启发因子和挥发因子,设置期望值启发因子和距离启发函数,改进蚁群算法,提升算法搜索的目的性和快速性,并将其运用于栅格地图中,规划救援船的路径;最后,选取舟山群岛附近水域作为试验水域,以东海救102救援船为试验船舶进行验证。结果表明:与传统方法相比,所提出的救援船路径规划方法收敛速度更快,且给出的路径长度更短,转向点更少,运行时间更短;该方法能够克服救援船路径规划过程中面临的收敛速度慢和局部最优问题,增强鲁棒性。

基于改进人工势场法的路径规划研究

针对传统的人工势场法在移动机器人路径规划中存在的目标不可达和局部极小值问题,提出了一种改进的人工势场法。首先,对目标点附近有障碍物时由于斥力较大,机器人难以到达目标点的问题,在势场中引入了安全距离因子,并对该参数进行了优化,从而使机器人与障碍物保持合适的距离,顺利到达目标点。其次,为解决局部极小值问题,引入了局部极小值判别条件,并在触发该条件时对局部极小区域进行绕行,使机器人顺利到达目标点。仿真结果表明,改进后的算法在不同数量的障碍物地图环境下运行,有较强的鲁棒性,所提出的算法可以使机器人在U型障碍物环境中绕过局部极小值区域,成功解决了移动机器人路径规划中的局部极小值问题。

基于动态领域势场法的船舶避碰路径规划

针对传统人工势场避碰路径规划在避让距离和避碰时机方面的局限性,提出一种基于改进人工势场法的动态船舶避碰路径规划方法。采用四元安全领域改进了人工势场中固定的障碍物斥力作用范围,构建一种根据船速动态调整的避让领域范围来代替固定阈值的障碍物斥力势场范围,实现避让距离由静转动;提出一种设定半径自适应的子目标设定方法,并且加入可变调整角,以调整子目标点与障碍物的距离,从而解决避碰大型障碍物时出现的局部最小值和路径抖动问题。改进后算法可根据不同船速构建自适应的避让领域,实现船舶避让距离的动态调整,在保证安全的前提下减少因过于保守的避让距离带来的不必要的碰撞威胁和避碰行为,在速度为1 m/s时,动态领域势场法相对于障碍物斥力势场范围分别为100、200 m的传统人工势场法分别节省航程的8%和9%。通过真实海图仿真试验验证了所提避碰路径规划算法的可行性,能够实现在有大型障碍物的复杂场景中船舶的安全避碰路径规划。

基于理论最短距离变权重A~*算法的路径规划

在栅格化的障碍物地图中,将简单高效的A~*算法引入解决路径规划问题;为了提高路径规划效率,减少搜索节点数量,提出了一种在规定的椭圆区域内,基于理论最短距离动态改变A~*算法中估价函数权重的最短路径算法;该算法将搜索范围限定在规定的椭圆区域内,椭圆以起点和终点为焦点,利用统计分析与路径中障碍物尺寸相结合的方法计算长轴参数;将各节点实际代价权重赋予动态变化的权值,以实际代价与起点O到终点D的直线距离的比值为该点权重,且规定了上下限以保证搜索精度;同时,对节点估计代价赋予惩罚函数,远离理论最短路径距离的节点将获得较大的惩罚值,使最终路径靠近理论最短路径;通过仿真实验证明,该算法在保证搜索精度的前提下,大大提高了搜索效率。

改进人工势场法的移动机器人路径规划分析

由于传统人工势场法存在目标不可达和局部极小值点问题,在有多个障碍物的环境下非常容易导致无法路径规划。对人工势场法的特点进行了分析,提出了采用激光传感器测距模型和Wi-Fi定位算法构建路径规划的环境;对于障碍物与目标点过于接近而引起的斥力势场和引力势场同时增大继而出现的目标不可达问题,采用在斥力势场函数中增加一个距离因子的方法来使机器人能准确找到目标点;当障碍物处在机器人与目标点之间时,机器人很容易陷入局部极小值点的情况,采用旋转斥力一定角度的方法使机器人逃离极小值点,绕开障碍物而迅速向目标点移动。仿真实验证明了该方法能够成功规划出一条平滑无碰撞的路径。