不确定动态环境下移动机器人的完全遍历路径规划 - 副本_图文

1、 第 28 卷第 6 期 邱雪娜等 : 不确定动态环境下移动机器人的完全遍历路径规划 591 当机器人到达终点 F 后 , 根据记录的路径信息 , 机器人以最短切线路径规划算法达到最后遇到的运 动障碍物的区域 , 若发现运动障碍物已经离开该区 域 , 在可视窗口内由 shunting 网络建立的环境信息 能够吸引工作空间中的机器人 , 相当于机器人搜索 到新的目标 , 在该区域内启动优先级启发式算法进 行路径规划 . 图 6 ( b 给出了补充的规划路径 : F Q 和 P R 都是用最短切线法来完成的 , Q P 和 R T 采用优先级启发式算法 . 最后 , 再用最短切线法从 T 点回到起

2、始位置 S. 4. 3 比较研究 从上面可以知道 yj 是一个递减函数 , j 越大 , yj 值越小 . 该算法对于有障碍物和死角的空间尤其 文 3 提出了基于 shunting 网络的一种简单的 路径规划方法 ,文 4 将其用于动态不确定环境下的 移动机器人遍历路径规划 . 该方法考虑遍历最短的 路径和转弯最少 ,能跳出死角 ,能灵活地避开静态和 动态障碍物 ,对指定的始点和终点能实现完全遍历 . 给出的路径规划算法如下 : 设给定机器人在工作空 间的当前位置 pc , 下个时刻的位置 pn 按下式确定 : ( 5 pn xp n = m ax xj + cyj , j = 1, 2, ,

3、 k 其中 c 是一个正常数 , k 是邻域的神经元的总数 . yj 的定义为 : yj = 1 - j / ( 6 有效 , 并且适合于静态已知和动态不确定的环境情 形 , 能避开动态移动的 、 突然出现或突然消失的障碍 物 , 能够遍历所有的工作空间 . 但缺点是规划的路径 重复率较高 , 搜索效率不高 ; 另外 , 从一个死角跳到 另一个目标的路径不是最短的 . 在除了路径规划算 法不同之外 , 运动障碍物区域的处理要求和方法都 一样的条件下 , 图 7 给出了用式 ( 5 所产生的路径 . 由图 7 可知 , 式 ( 5 中的路径与本文提出的算法相 比 , 重复路径和转弯次数增加 ,

4、规划的路径也相应增 加了 . 表 1 给出了这两个方法的遍历轨迹长度和转 弯总数 . 从表 1 可知 , 本文提出的方法无论在遍历轨 迹长度还是遍历转弯总数上 , 都比文 4 的算法有了 一定改进 . 这里的 是当前时刻和下个时刻的方向 j 0, 角改变的绝对值大小 , j 定义为 : = = a rc tg ( yp j - ypc / ( xp j - xpc j j c ( 7 - a rc tg ( ypc - ypp / ( xpc - xpp 592 表 1 两种路径规划方法的性能比较 3 Yang S X, Meng M. Neural network app roaches t

5、o dynam ic colli2 sion 2free trajectory generation J . IEEE Transactions on System s, Man and Cybernetics2Part B , 2001, 31 ( 3 : 302 - 317. Table 1 Performance com par ison of the a lgor ithm in reference 4 and the proposed a lgor ithm 算法 文 4 的算法 本文提出算法 路径长度 532 522 4 Yang S X, Luo C. A neural netw

6、ork app roach to comp lete coverage path p lanning J . IEEE Transactions on System s, Man and Cyber2 netics2Part B , 2004, 34 ( 1 : 718 - 724. 转弯数 重复率 ( % 84 71 61 04 41 4 遍历面积 百分率 ( % 100 100 6 5 Hodgkin L, Huxley A F. A quantitative descrip tion of membrane current and its app lication to conducti

7、on and excitation in nerve J . Journal of Physiology, 1952, 117 ( 4 : 500 - 544. Grossberg S . Nonlinear neural networks: p rincip les, mechanis m, and architectures J . 1988, 1 ( 1 : 17 - 61. IEEE Transactions on Neural Networks, 5 结论 ( Conclusion 本文提出的基于生物激励神经网络局部环境建 模和基于窗口的滚动启发式规划的遍历路径规划方 法能在不确定动

8、态环境中有效地避开运动障碍物或 突然出现的障碍物 . 该方法只需局部环境信息 ,对解 决不确定环境中的移动机器人动态避障路径规划是 简单有效的 . 仿真研究表明 ,该方法用于不确定环境 下的移动机器人遍历路径规划 , 不但能保证遍历所 有可达工作空间 ,并且规划的路径较短 、 路径重复率 小 ,具有较高的规划效率 . 参考文献 ( References 1 2 Latombe J 2 C. Robot Motion PlanningM . London: Kluwer Aca2 dem ic Publisher, 1991. 11 - 54. Crowley J L. Navigation f

9、or an intelligent mobile robot J . IEEE Transactions on Robotics and Automation, 1985, 1 ( 1 : 31 - 41. 7 8 张纯刚 ,席裕庚 . 全局环境未知时基于滚动窗口的多机器人路 径规划 J . 中国科学 ( E 辑 , 2001, 31 ( 1 : 51 - 58. Zhang C G, Xi Y G . Robot rolling path p lanning based on locally detected information J . Acta Automatica Sinica, 2

10、003, 29 ( 1 : 38 - 44. 9 Doyle A B , Jones D I . A tangent based method for robot path p lan2 ning A . Proceedings of the IEEE International Conference on Ro2 botics and Automation C . Los A lam itos, CA , USA: IEEE Com 2 puter Society Press, 1994. 1561 - 1566. 作者简介 : 邱雪娜 ( 1978 2 ,女 ,硕士 ,助教 . 研究领域

11、: 智能机器人与 智能系统 ,智能计算等 . 刘士荣 ( 1952 2 , 男 , 博士 , 教授 . 研究领域 : 复杂系统建 模、 控制与优化 ,智能控制与智能机器人等 . 宋加涛 ( 1966 2 , 男 , 博士 , 教授 . 研究领域 : 数字图像处 理 ,模式识别等 . (上接第 585 页 4 结论 ( Conclusion 本文以机器人遥控焊接虚拟环境标定实验系统 为平台 ,分别进行了针对摄像机焦距 、 摄像机高度 、 摄像机相对位置等定位精度影响因素的分析实验和 针对厚板角焊缝工件 、 薄板正弦曲线焊缝工件和圆 筒形螺旋线焊缝工件的虚拟环境标定实验 , 通过对 实验结果的分析

12、 ,得出如下结论 : ( 1 摄像机焦距 、 摄像机高度 、 摄像机相对位置 对虚拟环境标定实验系统的工件定位精度有很大的 影响 ,选取最佳的参数可以减小定位误差 ,提高系统 的标定精度 . ( 2 针对厚板角焊缝的工件整体定位误差小于 41 5mm ,空间点定位误差小于 21 5mm; 针对薄板正弦 足遥控焊接过程中局部自主焊接准备工作的需要 , 为进一步开展基于虚拟环境的图形仿真 、 虚拟示教 、 离线编程及任务规划等研究工作奠定了坚实的基 础. 参考文献 ( References 1 2 魏秀权 . 基于人机交互的机器人遥控焊接虚拟环境标定 D . 哈尔滨 : 哈尔滨工业大学 , 200

13、5. Kim W S . V irtual reality calibration for telerobotic servicing A . Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automations C . Piscataway, USA: IEEE, 1994. 2769 - 2775. 3 4 朱广超 ,王田苗 ,丑武胜 . 基于增强现实的机器人遥操作系统研 究 J . 系统仿真学报 , 2004, 16 ( 5 : 943 - 946. Thomp son R L , Daniel R W , Murray D W. Experim ents on operator matching in visual teleoperation A . Proceedings of the IEEE In2 ternational Conference on System s, Man and Cybernetics C . Pis2 cataway, USA