基于新型柵格啟發(fā)式算法的礦井機(jī)器人路徑規(guī)劃

王鶴， 陳靜， 滕瑛瑤

(河南工程學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院， 河南 鄭州 451191)

0 引言

為了避免煤礦次生災(zāi)害對(duì)被困礦工及救護(hù)人員造成嚴(yán)重傷害，進(jìn)一步提高救援工作效率和成功率，機(jī)器人路徑規(guī)劃問(wèn)題已成為礦井類(lèi)機(jī)器人研究的核心內(nèi)容之一[1-2]。為了使機(jī)器人可以準(zhǔn)確找到事故發(fā)生地點(diǎn)，并確認(rèn)安全路徑營(yíng)救被困礦工，尋找一條距離最短、耗時(shí)最少的路徑非常重要[3-4]。

在研究機(jī)器人路徑規(guī)劃[5-7]時(shí)，通常將其運(yùn)動(dòng)區(qū)域抽象簡(jiǎn)化成若干個(gè)形狀規(guī)則、大小相同的柵格，以柵格的特征信息描述實(shí)際地形。柵格法[8-11]對(duì)障礙物的適應(yīng)能力較強(qiáng)，大大降低了工作環(huán)境建模的復(fù)雜性。研究者通常選擇正方形作為柵格形狀，在正方形柵格化的工作地圖中，當(dāng)機(jī)器人位于某個(gè)柵格時(shí)，沿水平或豎直方向和沿對(duì)角線方向移動(dòng)。在實(shí)際路徑規(guī)劃中，當(dāng)遇到障礙物時(shí)，若沿對(duì)角線方向移動(dòng)，易與障礙物發(fā)生碰撞；機(jī)器人在繞障和平穩(wěn)性等方面的能力較差[12-13]；礦難發(fā)生后在實(shí)時(shí)探測(cè)過(guò)程中每步消耗的時(shí)間無(wú)法唯一確定，這對(duì)救援造成重大影響。針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出了以正六邊形柵格化的工作地圖為基礎(chǔ)，結(jié)合改進(jìn)的啟發(fā)式路徑搜索算法對(duì)多個(gè)并行移動(dòng)的機(jī)器人進(jìn)行路徑規(guī)劃的方法，能夠有效減少井下多個(gè)機(jī)器人并行工作的路徑長(zhǎng)度及探測(cè)救援時(shí)間，為礦難發(fā)生后救援工作的開(kāi)展?fàn)幦×藢氋F時(shí)間。

1 2種地圖模型對(duì)比分析

將機(jī)器人的工作空間分別進(jìn)行正方形和正六邊形柵格化，如圖1所示。……