基于改进人工势场法的机器人避障方法的研究①

基于改进人工势场法的机器人避障方法的研究①
科技资讯
2017 NO.04
SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
工业技术
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随着机器人技术的不断提高、应用领域不断扩展、工作环境复杂性的不断扩大,为满足人类需求,移动机器人与多机器人系统由于其广泛的应用空间吸引了众多科研者的关注。

移动机器人要自主地完成一定的任务,多机器人系统不是单个机器人代数相加,其作用效果也不是单机器人作用的线性求和,因此机器人智能感知与控制技术成为研究的重点。

路径规划包括环境信息的获得、环境信息的理解、可行路径的搜索3个子问题,该文主要研究可行路径的搜索。

传统路径规划方法包括人工势场法、栅格法、自由空间法等;智能路径规划方法包括神经网络法、遗传算法、蚁群算法、模糊逻辑算法等。

1 “猫捉老鼠”系统研究与设计
1.1 “机器猫”与“机器鼠”的研究与设计
该文拟设计一个“猫捉老鼠”系统,通过对“机器猫”的路径规划实现对“机器鼠”的追捕。

给“机器鼠”设计两个安全区域,同时也设计几条通往安全预期的路径。

“机器鼠”想找到以躲避“机器猫”为前提的通往安全区域的最佳路径,“机器猫”想寻求一条快速距离“机器鼠”无限近的但不能是安全区域的路径。

以乐高套件为基础,“机器鼠”需要超声波传感器、两个光电传
感器、压力传感器。

超声波传感器用于识别障碍物;光电传感器用于判断所需要行走的路径;压力传感器用于成功返回安全区域后做出相应的反应。

大同小异,“机器猫”不需要按黑标行走,因此不需要光电传感器;超声波传感器与压力传感器作用与“机器鼠”中相同,同时对“机器猫”加入一个声音传感器用于在其成功捕获到“机器鼠”后发出信号。

1.2 “机器猫”路径规划算法研究
对“机器猫”来说,“机器鼠”的安全区域是其最主要的障碍物,只要成功地诱使“机器鼠”远离安全区域即可,“机器猫”不是不可以接近安全区域。

该文在对“机器猫”做路径规划中重点处理的障碍物是安全区域,一般意义上的障碍物只是简单的避障。

人工势场法基本思想是构造一个由目标引力场和障碍物斥力场共同作用的人工势场,结合“猫捉老鼠”系统中存在的排斥与吸引关系以及算法可实现性、操作难易程度等因素,该文重点研究人工势场法。

由于系统中存在移动的目标点,传统人工势场法对
①作者简介:张红(1990—),女,汉,辽宁沈阳人,硕士,助理工程师,研究方向:自动化、软件工程、信息系统建设等。

DOI:10.16661//doc/5a14703078.html, ki.1672-3791.2017.04.100
基于改进人工势场法的机器人避障方法的研究①
张红
(贵州中烟工业有限责任公司贵定卷烟厂贵州贵定 551300)
摘要:该文基于传统人工势场法在动态环境下的震荡问题,提出了改进引力与斥力函数的动态人工势场法对“机器猫”进行路径规划,针对该方法仍旧存在的对参数敏感问题,该文通过设计模糊控制器实现对实际系统中势力场函数最佳参数的选择。

仿真实验表明,改进后的方法对动态未知环境适应能力更强。

关键词:路径规划人工势场法模糊控制器中图分类号:TP242
文献标识码:A
文章编号:1672-3791(2017)02(a)-0100-04
图1 人工势场法示意图图2 静态环境下仿真图。