基于啟發(fā)式粒子群算法的機器人平滑路徑規(guī)劃

白曉蘭，周文全，張振朋，袁 錚

(沈陽化工大學機械與動力工程學院，沈陽 110142)

0 引言

移動機器人路徑規(guī)劃是機器人領(lǐng)域中的研究熱點，其目的是在未知或已知的環(huán)境中，按照指定的優(yōu)化準則(如距離最短、時間最短、工作代價最小、規(guī)劃的路徑更平滑等)，搜索出一條從起始位置到目標位置最優(yōu)或接近最優(yōu)的安全無碰撞路徑[1]。目前用于機器人路徑規(guī)劃的算法有很多，比如Dijkstra算法[2-3]，蟻群算法[4-6]，遺傳算法[7]，A*算法[8-10]和粒子群算法[11-14]等。

但大多數(shù)路徑規(guī)劃算法中，生成的路徑通常是多邊形線，其中可能包含不期望的急轉(zhuǎn)彎。機器人為了跟蹤這些路徑，必須頻繁地在“停止”、“旋轉(zhuǎn)”和“重新啟動”之間切換運動狀態(tài)。進而導致速度和加速度的不連續(xù)，最終導致移動機器人在高速運動時發(fā)生滑移和沖擊，不僅效率低還會影響機器人壽命。為此，規(guī)劃出一條滿足低能量成本、高速運動等多種優(yōu)化約束條件平滑且最優(yōu)的路徑是移動機器人所必須的。故而本文提出了一種基于啟發(fā)式粒子群算法的機器人平滑路徑規(guī)劃方法，該方法結(jié)合A*算法的優(yōu)點，增加了早期搜索的目的性，提高了搜索的效率；同時引入了三次樣條約束，使得規(guī)劃的路徑更平滑，更有利于機器人的快速追蹤。

1 基本原理

在移動機器人路徑規(guī)劃最重要就是將各個傳感器獲得的信息進行融合建立環(huán)境的模型。柵格法環(huán)境建模是一種簡單有效的建模方式，廣泛的應(yīng)用于機器人的路徑規(guī)劃，本文便采用這種方式。……