優(yōu)化改進A*和動態(tài)窗口法的機器人路徑規(guī)劃*

辛 鵬，馬希青

(河北工程大學機械與裝備工程學院，邯鄲 056038)

0 引言

移動機器人具備自主移動、運動靈活等特點，在工業(yè)生產以及家政服務等領域有廣泛的應用和開發(fā)前景。移動機器人開發(fā)的核心部分是機器人路徑規(guī)劃，即針對當前環(huán)境規(guī)劃出從起始位姿到目標位姿的安全無碰撞路徑[1-3]。高效的路徑規(guī)劃算法能使移動機器人迅速規(guī)劃出最優(yōu)路徑。目前較為常用的算法有以下幾種：快速搜索隨機樹[4]、A*算法[5]、動態(tài)窗口法[6]、蟻群算法[7]、粒子群算法[8]等。

A*算法是經典的啟發(fā)式路徑規(guī)劃算法，但算法存在規(guī)劃的路徑拐點和冗余路段較多等諸多問題。目前，針對A*算法已經做了較多研究和改進。槐創(chuàng)鋒等[9]提出將A*算法領域擴展為7×7與優(yōu)化評價函數(shù)后的動態(tài)窗口法相結合的融合算法，但在搜索過程中需判定父節(jié)點與子節(jié)點的連線中是否經過障礙物，路徑搜索效率在復雜環(huán)境中會降低。孔繼利等[10]對路徑進行雙向搜索，優(yōu)化了評價函數(shù)，并將文中的改進算法與Dijkstra算法和蟻群算法進行比對，驗證算法高效性。陳嬌等[11]通過提取關鍵節(jié)點剔除冗余子節(jié)點，并按照相鄰節(jié)點分段使用動態(tài)窗口法規(guī)劃路徑，但是未能有效減少A*算法搜索時間。王中玉等[12]改進了代價函數(shù)權重，并引入了一種障礙物擴展策略，使路徑更加合理。張志文等[13]利用JPS算法跳躍擴展子節(jié)點，縮短搜索時間，并對文中改進A*算法規(guī)劃的路徑使用貝塞爾曲線進行平滑處理。

針對A*算法搜索效率不高，規(guī)劃路徑較長且不利于機器人行駛，將優(yōu)化改進A*算法規(guī)劃的路徑按照節(jié)點分段使用動態(tài)窗口法。……