基于预添加虚拟力的改进人工势场算法

针对传统人工势场法在路径规划时会因目标点与障碍物的位置原因,出现引力与斥力合力为零而陷入局部最优点无法脱离的现象,提出了引入虚拟力辅助人工势场摆脱局部最优点的方法。改进算法首先将预添加的虚拟力细化等分为8个方向,再根据虚拟力与人工势场的势场力合力重新规划轨迹,在选择合适的时机撤去虚拟力后会获得多条新轨迹,然后根据每条新规划的轨迹情况,去除不合理的轨迹。最后计算出所有可行的预添加虚拟力方向的轨迹长度,选择出最优的轨迹。通过设置的五组仿真实验获得改进算法与传统人工势场法仿真结果的对比,验证了改进算法在面对单个障碍物与多障碍物的复杂环境下都能够解决传统人工势场法的缺陷,规划出合理的路径,可以有效地解决复杂环境下传统人工势场法适应性差等问题,证明了通过预添加虚拟力对传统人工势场法进行改进的可行性与有效性。

一种基于聚类的虚拟计算环境资源聚合方法

作为面向互联网资源共享的虚拟计算环境的实例,iVCE(Internet based virtual computing environment)for Memory致力于解决广域分布的内存资源的共享与综合利用问题.由于内存资源的特殊性,传统的资源管理方法很难适用.以iVCE for Memory作为背景,提出一种基于聚类的虚拟计算环境资源聚合方法,有效降低了资源聚合的问题规模;借鉴物理学中的力场和势能理论,建立了实现资源聚合的基本模型和力场-势能模型以及相应的分布式算法;通过基于真实网络拓扑的模拟,对两种模型和算法分别进行了评估和验证.

智能轮椅室内导航路径规划算法

智能轮椅为丧失行走能力的人提高生活质量和生活自由度.适用于智能轮椅的路径规划问题是其重要的技术之一.实际环境中行走的难易程度是有区别的,对此提出一种新的路径规划算法,即寻找最优路径的导航方法,对室内环境进行栅格模型建模,并利用最邻近关系结合改进的A*算法来规划两个位置之间的最优全局路径,采用虚拟力场算法实现途中的局部路径规划.此算法只需要采集用户需要到达目的地的信息,智能轮椅能自动导航到达目的地,经实验验证,该算法运用到智能轮椅室内导航系统中路径得到较好的改善并具有反应快、工作稳定可靠、使用灵活方便和扩展性强等优点.

基于势场的运动路径规划

本文阐述了基于势场的三轮自治车(AV)运动路径规划,以由障碍物和目标产生的虚拟势场力作为 AV运动的驱动力.先讨论了势场力的存在条件包括距离条件和方向条件并提出了计算方法,然后讨论了把 AV 简化成杆的运动路径规划,包括 AV 及杆的运动机理、加权势场合力的求法及其控制作用和运动定位等问题.最后给出了仿真结果.本文首次将势场法应用于三轮 AV 的路径规划.

基于未知环境下多目标点的移动机器人避障规划算法研究

提出了虚拟力场法(VFF)与遗传算法(GA)相结合来实现未知环境下多目标点的移动机器人避障规划。此方法采用遗传算法规划出目标点的最优路径,在遍历每一个目标点的过程中,依据超声波传感器获取环境信息,采用虚拟力场法进行避障。该方法有效地解决了未知环境下多目标点的避障规划问题。

合作机器人轨迹规划及实验研究

为实现合作机器人(Cobot)的虚拟轨迹控制,提出了基于操作力的轨迹规划方法;根据操作力、期望轨迹和Cobot末端当前位置,对Cobot进行了轨迹规划,建立了Cobot的轨迹规划模型,并对Cobot跟踪直线和圆弧轨迹进行了实验研究。结果表明,基于操作力的轨迹规划方法能在人机合作的条件下使Cobot跟踪期望轨迹,且操作力的大小不影响Cobot的运动轨迹,Cobot的运动速度随着操作力的增加而增大,符合人机合作要求。基于操作力的轨迹规划模型可应用于外科手术、物料搬运和零件装配的人机合作机器人中。

空间遥操作动态避障型虚拟夹具技术研究

针对空间遥操作中对操作效率的要求,首先提出一种新型的基于虚拟夹具力约束控制方法,较传统交互方法提高了操作效率;在此基础上,针对复杂空间环境和一些非结构化环境因素导致的空间遥操作安全性问题,提出一种基于人工势场的虚拟夹具动态避障方法。该方法通过实时测量机械臂末端与障碍物间的距离计算势场作用力的大小,并将障碍物简化为质点和六面体模型,在障碍物进入势场作用范围时,根据变化的势场力的大小为操作人员提供额外的力觉反馈,辅助操作人员控制机械臂末端在未知环境中动态避障。通过CHAI3D搭建的虚拟现实仿真平台验证了该方法在提高操作性能的同时保证操作安全性。

基于虚拟势场理论的AUV局部路径规划方法

针对自治式水下潜器(AUV)局部路径规划问题,基于虚拟势场理论研究,提出了虚拟力概念,并设计了一种改进型虚拟势场局部规划算法,解决了经典虚拟势场能算法中存在的零合力与U型障碍的局部极小问题:当AUV陷入局部极小时通过调用相应的逃避算法来摆脱局部极点。仿真结果验证了该算法对于克服虚拟势场能中存在的局部极点的有效性和可行性。

基于势能场虚拟力的智能网联车辆运动规划

传统人工势能场方法存在着纵向运动规划速度振荡、横向运动规划难以实现的问题。本文中建立了人工势能场虚拟力模型,提出了基于势能场虚拟力模型的车辆运动规划方法。通过评估自车与周边车辆的运动状态,生成位置和速度虚拟力,实现无振荡运动轨迹与速度规划。仿真结果表明:该方法能够实现安全、可行、平滑无碰撞的路径规划,并能克服传统势能场运动规划的振荡问题。通过与highD驾驶数据集中的车辆运动轨迹对比,表明基于势能场虚拟力的运动规划与真实交通环境下的运动状态基本相符,具有良好的实用性。

基于改进人工势场法的机器人实时路径规划

针对传统人工势场法在机器人实时路径规划中存在目标不可达和局部极值点等问题,提出了一种改进的人工势场法.首先,在斥力函数中引入距离影响因子,解决目标点旁存在障碍物时的目标不可达问题;其次,引入动态法向力,消除由单个障碍物形成的局部极值点振荡或停滞;然后采用一种新的虚拟目标点设置方法,解决复杂槽形障碍形成的局部极值点问题;最后根据机器人受到的斥力,设置自适应调节步长.仿真实验结果表明:改进的人工势场法可以有效解决传统算法在目标不可达以及不同复杂度的局部极值点规划停滞,自适应步长调节可降低规划所需步数19%~30%.

一种改进的动力学约束人工势场法

传统的人工势场(artificial potential field, APF)路径规划算法存在局部极小值.通过引入虚拟力,提出了一种改进的人工势场算法,该算法可在考虑控制对象动力运动约束条件下,实现快速跳出局部极值的效果.以固定翼无人机为例,基于其动力学特性分析,在改进人工势场法中增加了最小转弯角度的限制,并通过仿真实现了可兼顾路径的距离短、平滑和安全性的最优规划.

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.

移动信标动态路径规划方法研究

针对非规则部署的传感器区域,提出了一种新的移动信标动态路径规划方法。该方法基于人工势场思想,在移动信标上配置全向发射天线和定向接收天线,通过获取感知范围内未知节点与信标间的虚拟力来实时引导信标移动。仿真结果表明该方法有效可行。

面向网联自动驾驶部署的车-路-无人机跨域协同技术

目的随着车联网技术的发展,网联自动驾驶车辆(connected and autonomous vehicle,CAV)的部署场景变得越来越复杂。为了保证效率和安全,提出一种面向CAV部署的集成无人机和现有路侧基础设施的车—路—无人机跨域协同技术,旨在解决依靠路侧基础设施支持CAV感知和通信解决方案在部署范围、机动性和感知视角等方面存在一定限制的问题。方法本文设计了基于任务需求和资源约束的双层调度算法,实现无人机资源的灵活调度和智能决策。该算法上层实现任务规划,下层运动规划则根据动力学约束和虚拟场模型生成无人机运动轨迹,采用上、下层反馈机制,动态响应感知和通信需求,给出目标区域无人机的最优部署方案。结果实验模拟混合交通流场景,并估计了不同场景下CAV动态感知和通信需求;通过对比无人机跨域协同方案与现有路侧基础设施辅助方案,结果表明所提方案相比现有方案降低了路侧设备单元(roadside units,RSU)的空闲率,在CAV渗透率为70%时,所提方案在仿真路网和城市路网场景下分别将RSU的空闲率降低了33.82%和31.20%;同时也展示了基于双层调度算法按需调度无人机的流程,验证了该算法的有效性。结论本文所提出的无人机跨域协同的CAV辅助部署方案,对比现有的基础设施辅助方案,具有覆盖范围广、可以按需灵活调度的特点,可以支持CAV大规模部署。