移动机器人路径规划技术综述
移动机器人路径规划算法研究综述
移动机器人路径规划算法研究综述随着移动机器人技术的发展，路径规划成为了移动机器人应用中的重要问题。
路径规划算法的选择和设计直接影响机器人的导航和运动能力。
本文将综述近年来国内外关于移动机器人路径规划算法的研究进展，并对其进行总结和回顾。
移动机器人路径规划算法的研究可以追溯到20世纪60年代，当时的研究主要集中在基于图搜索的算法，如最短路径算法和A*算法。
这些传统算法通常需要大量的计算和存储资源，对于复杂的环境和大规模问题往往效果不佳。
近年来，随着机器学习和人工智能的快速发展，以及无人车、无人机等移动机器人技术的迅猛发展，基于机器学习和优化的新型路径规划算法也得到了广泛研究和应用。
深度学习在路径规划算法中的应用成为研究热点之一。
深度学习在路径规划中的应用主要集中在两个方面：图像识别和强化学习。
图像识别方面，通过机器学习算法对环境中的障碍物进行分析和识别，从而生成路径规划；强化学习方面，通过机器学习算法和环境进行交互，通过奖励机制来优化路径规划策略。
这些基于深度学习的路径规划算法在复杂环境下表现出较好的性能和鲁棒性。
除了基于深度学习的路径规划算法，还有一些其他的新型路径规划算法也受到广泛关注。
基于遗传算法的路径规划算法，通过模拟生物遗传进化的过程来优化路径规划；基于蚁群算法的路径规划算法，通过模拟蚁群的行为来寻找最优路径。
这些算法在求解复杂问题时具有较强的适应性和鲁棒性，但在计算资源和计算复杂度方面可能存在一定的限制。
移动机器人路径规划算法的研究是一个复杂而有挑战性的问题。
随着移动机器人技术的发展和新型算法的涌现，路径规划算法也在不断进化和演进。
今后的研究方向可以集中在改进传统算法以提高效率和鲁棒性，同时结合机器学习、人工智能等新技术来进一步优化路径规划算法的性能。
移动机器人路径规划算法研究综述
移动机器人路径规划算法研究综述
移动机器人路径规划是指在给定环境中，根据机器人的起始位置和目标位置，确定机
器人的移动路径。
路径规划算法的目标是确保机器人能够安全、高效地到达目标位置，并
尽量避开障碍物和避免碰撞。
目前，移动机器人路径规划算法主要包括几何路径规划算法和图搜索算法两大类。
几
何路径规划算法是基于环境中的几何信息进行路径规划，主要包括最短路径算法和真实时
间规划算法。
最短路径算法是最经典的路径规划算法之一，通过计算起点和终点之间最短
路径的算法来确定机器人的移动路线。
常用的最短路径算法有Dijkstra算法和A*算法。
真实时间规划算法则是在考虑机器人的速度和动力学约束的基础上进行路径规划，以确保
机器人能够在规定的时间内到达目标位置。
对于复杂的环境，几何路径规划算法存在计算复杂度高、搜索时间长等问题。
图搜索
算法在移动机器人路径规划中得到了广泛应用。
图搜索算法是基于图模型的路径规划算法，常用的有广度优先搜索算法、深度优先搜索算法和A*算法。
A*算法在图搜索算法中是最为常用的一种，它利用启发式函数估计起点到终点的代价，通过选择具有最小代价的节点进
行搜索，从而找到最优路径。
除了几何路径规划和图搜索算法之外，近年来还出现了一些新的路径规划算法，如遗
传算法、模糊逻辑算法和神经网络算法。
这些算法往往能够更好地解决复杂环境下的路径
规划问题，提高机器人的路径规划能力。
移动机器人路径规划算法研究综述
移动机器人路径规划算法研究综述1. 引言1.1 研究背景移动机器人路径规划算法研究的背景可以追溯到上个世纪七十年代，随着自动化技术的快速发展，移动机器人作为自主运动和智能决策的机械系统，逐渐成为研究热点。
路径规划是移动机器人实现自主导航和避障的重要技术之一，其在工业自动化、智能交通、医疗护理等领域具有广泛的应用前景。
目前，移动机器人路径规划算法的研究已经取得了一系列重要进展，传统的基于图搜索的算法（如A*算法、Dijkstra算法）和基于启发式搜索的算法（如D*算法、RRT算法）被广泛应用于不同环境下的路径规划问题。
随着深度学习技术的发展，越来越多的研究开始将深度神经网络应用到路径规划中，取得了一些令人瞩目的成果。
移动机器人路径规划仍然存在一些挑战和问题，如高维空间中复杂环境下的路径规划、多Agent协作下的路径冲突问题等。
对移动机器人路径规划算法进行深入研究和探索，对于促进智能机器人技术的发展，提升机器人在各个领域的应用能力具有重要的意义。
【研究背景】1.2 研究目的本文旨在对移动机器人路径规划算法进行研究综述，探讨不同算法在实际应用中的优缺点，总结最新的研究成果和发展趋势。
移动机器人路径规划是指在未知环境中，通过算法规划机器人的运动轨迹，使其能够避开障碍物、到达目标点或完成特定任务。
研究目的在于深入了解各种路径规划算法的原理和实现方法，为实际场景中的机器人导航提供理论支持和技术指导。
通过对比实验和案例分析，评估不同算法在不同场景下的性能表现，为工程应用提供参考和借鉴。
本文旨在总结当前研究的不足之处和未来发展的方向，为学术界和工程领域提供启示和思路。
通过本文的研究，旨在推动移动机器人路径规划领域的进一步发展和应用，促进人工智能和机器人技术的创新与进步。
1.3 研究意义移动机器人路径规划算法的研究意义主要体现在以下几个方面。
移动机器人路径规划算法在工业生产中具有重要意义。
通过优化路径规划算法，可以提高生产效率，降低生产成本，减少对人力资源的依赖，从而提升工业生产的效益和竞争力。
移动机器人路径规划技术综述
移动机器人路径规划技术综述移动机器人路径规划是指在给定环境下，使机器人从起点到达目标点的规划过程。
路径规划技术是移动机器人领域中的基础和核心问题，对于实现机器人的智能化导航和自主决策具有重要意义。
本文将综述当前常用的移动机器人路径规划技术，包括离线规划方法、在线规划方法和混合规划方法。
一、离线规划方法离线规划方法是在机器人运动之前进行路径规划的策略。
其中，最著名的算法是A*算法。
A*算法通过启发式搜索的方式，在搜索过程中综合考虑当前节点到目标节点的代价和路径过程中的启发式信息，从而找到最佳的路径。
此外，还有Dijkstra算法、Floyd-Warshall算法等经典算法可供选择。
离线规划方法适用于环境变化不频繁、地图已知且固定的情况，具有较高的规划准确性和路径优化能力。
二、在线规划方法在线规划方法是机器人在运动过程中实时进行路径规划的策略。
最典型的在线规划算法是基于概率的方法，如经典的蒙特卡洛定位法（MCL）和规划法（MCP）。
MCL将机器人状态的不确定性建模为一组粒子，通过重采样和权重更新来实现路径规划。
MCP则在每个时间步选择具有最高概率的路径作为当前的行动。
此外，还有基于模型预测控制（MPC）的方法，通过建立动力学模型来预测机器人未来的状态，并进行路径优化。
在线规划方法适用于环境变化频繁、无法提前获取完整地图的情况，可以实现实时的路径规划和快速响应。
三、混合规划方法混合规划方法是将离线规划和在线规划相结合的策略。
它可以在机器人的整个运动过程中同时使用离线规划和在线规划，以充分利用两者的优势。
其中，最常见的方法是先使用离线规划方法得到一条初步路径，然后通过在线规划方法进行实时的路径修正和优化。
混合规划方法可以有效平衡规划的准确性和实时性，适用于大型环境、长时间运动的场景。
总结移动机器人路径规划技术是机器人领域中的研究热点，离线规划、在线规划和混合规划是常用的路径规划方法。
离线规划方法适用于环境不变、地图已知的情况；在线规划方法适用于环境变化频繁、无法提前获取完整地图的情况；混合规划方法结合了两者的优势，在整个运动过程中兼顾准确性和实时性。
path planning 移动机器人路径规划方法综述
移动机器人路径规划方法1.1路径规划方法路径规划技术是机器人研究领域中的一个重要课题，是机器人导航中最重要的任务之一,国外文献常将其称为Path Planning,Find-PathProblem,Collision-Free,ObstacleAvoidance, MotionPlanning,etc.所谓机器人的最优路径规划问题，就是依据某个或某些优化准则(如工作代价最小、行走路线最短、行走时间最短等)，在其工作空间中找到一条从起始状态到目标状态的能避开障碍物的最优路径。
路径规划主要涉及的问题包括：利用获得的移动机器人环境信息建立较为合理的模型，再用某种算法寻找一条从起始状态到目标状态的最优或近似最优的无碰撞路径；能够处理环境模型中的不确定因素和路径跟踪中出现的误差，使外界物体对机器人的影响降到最小；如何利用已知的所有信息来引导机器人的动作，从而得到相对更优的行为决策。
这其中的根本问题是世界模型的表达和搜寻策略。
障碍物在环境中的不同分布情况当然直接影响到规划的路径，而目标位置的确定则是由更高一级的任务分解模块提供的[8]。
根据机器人对环境信息掌握的程度和障碍物运动状态的不同，移动机器人的路径规划基本上可分为以下四类:①已知环境下的对静态障碍物的路径规划;②未知环境下的对静态障碍物的路径规划;③已知环境下对动态障碍物的路径规划;④未知环境下对动态障碍物的路径规划。
因此根据机器人对环境信息掌握的程度不同，可将机器人的路径规划问题可分为二大类即：基于环境先验信息的全局路径规划问题和基于不确定环境的局部路径规划问题。
目前，路径规划研究方法大概可分为两大类即：传统方法和智能方法。
1.2传统路径规划方法传统的路径规划方法主要包括：可视图法(V-Graph)、自由空间法(Free Space Approach)、人工势场法（Artificial Potential Field）和栅格法(Grids)等。
⑴可视图法（V-Graph）可视图法是Nilsson1968年在文献[9]中首次提出。
移动机器人路径规划算法研究综述
移动机器人路径规划算法研究综述移动机器人路径规划算法是指以一定的目标或目标函数为指导，针对运动机器人在确定的空间环境内，通过基于传感器获取到的环境信息，自主地选择最优的行走路径，以达到特定任务目标的一种智能决策方法。
路径规划算法是有关机器人控制和智能化的研究领域之一，在机器人控制和智能化过程中，路径规划算法的设计和实现是非常重要的，本文就移动机器人路径规划算法研究进行综述。
一、基本概念路径规划是指通过在环境中搜索可行路径来指导机器人动作的技术，其中包括四个基本要素：机器人的出发点，机器人的终点，机器人在环境中的运动方式和环境中的障碍物分布情况。
根据路径规划问题的性质和要求，可以将机器人路径规划问题分为全局路径规划和局部路径规划。
全局路径规划是指指导机器人跨越整个环境，从初始点到达目标点的总体路径规划；局部路径规划是指在环境的局部区域内指导机器人移动的路径规划。
在实际应用中，通常采用的方法是全局路径规划和局部路径规划的结合。
二、经典算法1. A*算法A*算法是经典的启发式搜索算法之一。
它通过计算当前节点到目标节点的估计代价值和当前节点到起始点的实际代价值的和，来确定下一步要扩展的节点。
A*算法通过最小化代价的估计值，从而有效地解决了路径规划问题，它被广泛应用于机器人路径规划，图像处理等问题领域。
D*算法是另一种基于启发式搜索的路径规划算法，它具有比A*算法更快的路径修正速度和更好的效果。
D*算法通过依次计算每个样本点到目标的代价，从而找到最优路径。
它的基本思想是在计算当前位置的路径时，不断更新路径代价，以达到最优路径的目的。
3. RRT算法RRT（Rapidly-exploring Random Tree）算法是一种采用随机性探索来构建可行路径的路径规划算法。
RRT算法通过随机地从机器人的当前位置出发，在环境中扩展树结构，并将树的节点作为机器人的目标点，以探索可行路径。
RRT算法是一种高效的路径规划算法，它能够在较短的时间内找到较优路径，广泛应用于机器人路径规划系统。
移动机器人全局路径规划算法综述
移动机器人全局路径规划算法综述随着科技的快速发展，移动机器人在许多领域的应用越来越广泛，如无人驾驶、物流配送、灾难救援等。
全局路径规划是移动机器人导航的重要环节，旨在为机器人提供从起始点到目标点的最优路径。
本文将对移动机器人全局路径规划算法进行综述。
基于图的路径规划算法是一种广泛使用的全局路径规划方法。
在此类算法中，环境模型被表示为图，其中节点代表环境中的关键点，边代表节点之间的连接关系。
常见的基于图的路径规划算法有 A*算法、Dijkstra算法和 Bellman-Ford算法等。
A*算法是一种经典的基于图的路径规划算法，它通过为每个节点分配一个估计代价，并选择总代价最小的节点进行扩展，最终找到从起始点到目标点的最优路径。
Dijkstra算法也是基于图的路径规划算法中常用的一种，它通过不断扩展起始节点，并在扩展过程中更新节点代价，最终找到从起始点到所有节点的最短路径。
Bellman-Ford算法则适用于具有多个节点的图，它通过循环迭代更新节点的代价，找到从起始点到所有节点的最短路径。
基于模型的路径规划算法使用机器学习等技术对环境进行建模，并根据模型生成全局路径。
此类算法通常需要大量的数据来训练模型，并要求环境模型能够准确地反映实际环境。
常见的基于模型的路径规划算法有神经网络、支持向量机(SVM)、模糊逻辑等。
神经网络是一种常用的基于模型的路径规划算法，它通过训练神经网络来学习环境的特征和规律，并生成最优路径。
支持向量机(SVM)则通过将环境特征映射到高维空间，并找到最优的超平面来分割环境，从而生成最优路径。
模糊逻辑则将环境信息表示为模糊变量，并使用模糊规则进行路径规划。
混合路径规划算法综合了基于图的路径规划算法和基于模型的路径规划算法的优点。
此类算法通常使用基于图的路径规划算法来生成局部最优路径，再使用基于模型的路径规划算法来调整和优化全局路径。
常见的混合路径规划算法有遗传算法、粒子群优化算法等。
移动机器人路径规划算法研究综述
移动机器人路径规划算法研究综述1. 引言1.1 移动机器人路径规划算法研究综述移动机器人路径规划算法是指在给定环境地图和移动机器人的起始点、目标点条件下，确定机器人在该环境中的行进路径，使得机器人能够避开障碍物、优化行进路线、最快到达目标点。
路径规划算法是移动机器人领域的重要研究内容，它涉及到人工智能、计算机视觉、控制理论等多个学科的知识，并对移动机器人的行动能力和效率具有重要的影响。
在移动机器人路径规划算法研究中，研究者们通过对基础概念的理解和分析，探索出了许多经典的路径规划算法，如A*算法、Dijkstra算法、最小生成树算法等。
这些算法在不同场景下有着各自的优劣势，为移动机器人的路径规划提供了多样化的选择。
随着人工智能技术的不断发展，越来越多的新型路径规划算法被提出，如深度强化学习在路径规划中的应用、基于机器学习的路径规划算法等。
这些算法在提高移动机器人路径规划的效率和精度方面发挥了重要作用。
移动机器人路径规划算法是一个不断发展的领域，随着技术的不断进步和应用场景的不断拓展，我们有理由相信，未来将会有更多更优秀的路径规划算法出现，为移动机器人的智能化行为提供更好的支持。
2. 正文2.1 基础概念移动机器人路径规划是指在给定环境中，通过算法确定机器人从起点到终点的最佳路径。
在进行路径规划时，需要考虑环境的复杂性和机器人的运动约束，以确保机器人能够安全、高效地到达目的地。
在路径规划中，有几个基础概念需要了解。
首先是地图表示，通常使用栅格地图或连续地图来表示环境。
栅格地图将环境分割成小格子，每个格子表示一个状态，可以是障碍物或自由空间。
连续地图则使用连续的坐标系来表示环境，更适用于复杂环境的表示。
其次是状态空间，即机器人可能存在的所有状态的集合。
状态空间可以是离散的，也可以是连续的，取决于环境的特性和机器人的运动能力。
路径规划算法会在状态空间中搜索最优路径，使得机器人能够安全到达目的地。
还有路径代价的概念，路径代价通常表示机器人在环境中行走的消耗，可以是时间、距离、能量等。
移动机器人路径规划技术综述
移动机器人路径规划技术综述移动机器人的设计与实现能够促进智能化应用的良好发展。
路径规划技术是机器人实现移动功能的主要技术之一。
路径规划技术主要包含局部规划技术以及全局规划技术等。
本文从路径规划技术的作用入手，对移动机器人路径规划技术进行研究和分析。
标签：移动机器人；路径规划技术；综述0 前言移动机器人的实现涉及自动控制、智能、机械等多种学科。
它通常被应用在医疗领域、工业领域等方面。
从整体角度来讲，移动机器人的应用促进了生产效率的显著提升。
路径规划技术是移动机器人的关键技术之一，研究该技术具有一定的现实意义。
1 路径规划技术的作用将路径规划技术应用在移动机器人中，能够产生的作用主要包含以下几种：（1）运动方面。
路径规划技术的主要作用是其能够保证移动机器人完成从起点到终点的运动。
（2）障碍物方面。
设计移动机器人的最终目的是将其应用在实际环境中，在实际环境下，移动机器人的运行路线中可能存在一定数量的障碍物，为了保证最终目的地的顺利达到，需要利用路径规划技术实现对障碍物的有效避开[1]。
（3）运行轨迹方面。
对于移动机器人而言，除了实现障碍物躲避、达到最终目的地这两种作用之外，应用路径规划技术还可以产生一定的优化运行轨迹作用。
在移动机器人的使用过程中，在路径规划技术的作用下，机器人可以完成对最佳运行路线的判断，进而更好地完成相应任务。
2 移动机器人路径规划技术综述移动机器人的路径规划技术主要包含以下几种：2.1 局部路径规划方面在局部路径规划方面，能够被应用在移动机器人中的技术主要包含以下几种：（1）神经网络路径规划技术。
从本质上讲，可以将移动机器人的路径规划看成是空间到行为空间感知过程的一种映射，因此，可以利用神经网络的方式将其表现出来。
就神经网络路径规划技术而言，首先需要将相关传感器数据当成网络输入，并将网络输出看成是某固定场合中期望运动方向角增量。
在这种情况下，原始样本集则可以用不同选定位置对应的数据代替。
移动机器人路径规划算法研究综述
移动机器人路径规划算法研究综述移动机器人路径规划是指在给定的环境中，通过合理的动作序列来使机器人从起始位置到达目标位置的过程。
路径规划是移动机器人领域的核心问题之一，它直接影响机器人的导航能力和实现特定任务的能力。
本文将对移动机器人路径规划算法进行综述。
现有的路径规划算法可以分为全局路径规划算法和局部路径规划算法两类。
全局路径规划算法是在整个环境中进行规划，一次性生成整个路径；而局部路径规划算法是根据机器人当前位置和局部感知信息，在每个时间步生成下一步的动作。
下面将分别介绍这两种类型的路径规划算法。
全局路径规划算法主要有A*算法、Dijkstra算法和深度优先搜索算法等。
A*算法是一种启发式搜索算法，在搜索过程中综合考虑了路径长度和启发式估计值，可以在搜索空间中高效地找到最短路径。
Dijkstra算法是一种单源最短路径算法，通过在图中逐步更新起点到各个节点的距离来生成最短路径。
深度优先搜索算法是一种经典的图搜索算法，通过递归地深入搜索直到找到目标节点或无法继续搜索为止。
这些算法在全局路径规划中能够得到较好的效果，但是由于需要全局搜索，对于复杂环境中的移动机器人来说，计算开销较大。
局部路径规划算法主要有速度障碍算法、最接近障碍算法和移动障碍算法等。
速度障碍算法是一种基于梯度下降法的局部路径规划算法，将避开静态障碍的路径规划问题转化为求解一个二次规划问题，可以得到最优的速度规划路径。
最接近障碍算法是一种常用的局部路径规划算法，通过测量机器人与障碍物的距离来生成一条不与障碍物碰撞的路径。
移动障碍算法是一种适用于多移动机器人场景的局部路径规划算法，可以有效避免机器人之间的碰撞。
这些算法在实时性和计算效率上能够满足移动机器人的需求，但是对于复杂环境中的动态障碍物，效果稍差。
除了上述的算法，还有一些基于人工智能的路径规划方法，例如遗传算法、粒子群算法和模糊逻辑算法等。
遗传算法是一种模拟自然进化过程的优化算法，通过不断迭代的优化过程来寻找最优路径。
移动机器人路径规划算法研究综述
移动机器人路径规划算法研究综述移动机器人路径规划算法是指在给定环境中，移动机器人从起始点到目标点之间选择合适的路径的方法和策略，是移动机器人导航和控制中的关键问题之一。
移动机器人路径规划算法的研究可以分为基于图搜索的算法、基于优化的算法和基于学习的算法等几个方向。
基于图搜索的算法是最经典的移动机器人路径规划算法之一。
最简单的算法之一是迪杰斯特拉算法。
这个算法通过构建一个节点集合和边集合的图模型，以节点之间的距离作为边的权重，通过计算起始节点到其他节点的最短路径来进行路径规划。
A*算法是一种启发式搜索算法，它通过评估剩余的到目标点的距离来决定下一步的移动方向，使得计算更加高效。
还有一些改进的图搜索算法，如D*算法、RRT算法等。
基于优化的算法是另一类重要的移动机器人路径规划算法。
最经典的算法之一是基于规划网格的Dijkstra算法。
这个算法通过将环境划分为一系列规划网格，然后根据网格之间的连通关系进行路径规划。
其优点是计算简单，但对于大规模环境的路径规划效果不佳。
还有一些改进的优化算法，如Rapidly-exploring Random Tree (RRT) 算法、Genetic Algorithm (GA) 算法等。
基于学习的算法是近年来移动机器人路径规划领域的一个热门研究方向。
这些算法通过机器学习的方法，利用大量的训练数据来训练路径规划模型，以实现更智能的路径规划。
最常用的学习算法是基于强化学习的方法，如Q-Learning算法、Deep Q-Network (DQN) 算法等。
这些算法通过与环境进行交互来学习最优的路径规划策略，能够适应复杂和动态的环境，并且具有一定的实时性。
移动机器人路径规划算法研究综述
移动机器人路径规划算法研究综述【摘要】移动机器人路径规划算法是移动机器人技术领域的重要研究方向。
本文将对传统方法、启发式方法、深度学习、强化学习以及多传感器融合等不同类型的路径规划算法进行综述和比较。
通过对比这些算法的优缺点，可以更好地了解它们在不同场景下的适用性和性能表现。
在研究现状总结中，将介绍目前这些算法在实际应用中的情况和存在的问题，同时在未来研究方向展望中提出了一些可能的解决方案和改进方向。
这将有助于推动移动机器人路径规划算法的发展，提高移动机器人的智能化水平，推动移动机器人技术在各领域的应用和发展。
【关键词】移动机器人、路径规划算法、研究背景、研究意义、传统方法、启发式方法、深度学习、强化学习、多传感器融合、研究现状总结、未来研究方向展望1. 引言1.1 研究背景移动机器人路径规划算法是人工智能和机器人技术领域的重要研究内容，它在自动驾驶、物流配送、智能家居等领域有着广泛的应用。
移动机器人在不同环境下需要能够自主规划路径，避开障碍物，安全快速地到达目的地。
路径规划算法的设计和优化对移动机器人的功能和性能至关重要。
在过去的几十年中，研究者们提出了各种不同类型的路径规划算法，包括基于传统方法、启发式方法、深度学习、强化学习以及多传感器融合等方式。
这些算法在不同场景下展现出各自的优势和局限性，因此对这些算法进行综合研究和比较分析是十分必要的。
通过对移动机器人路径规划算法的研究，我们可以更好地了解不同算法的特点和适用范围，为移动机器人的智能控制提供更多的选择和优化方案。
路径规划算法的研究也将进一步推动移动机器人技术的发展，为实现更高效、更智能的移动机器人应用场景打下坚实的基础。
1.2 研究意义移动机器人路径规划算法的研究意义在于提高移动机器人在复杂环境下的自主导航能力，实现更高效、更安全的移动。
随着移动机器人在工业、医疗、服务等领域的广泛应用，路径规划算法的性能直接影响着机器人的实际运行效果和工作效率。
移动机器人路径规划算法研究综述
移动机器人路径规划算法研究综述移动机器人是一种能够自主移动、具备感知能力并能根据环境情况做出决策的智能机器人。
路径规划是移动机器人的关键技术之一，它是指根据机器人当前的位置、目标位置和环境信息，确定机器人在移动过程中所应采取的路径。
路径规划算法的好坏直接影响到移动机器人的导航效果和工作效率。
本文将对移动机器人路径规划算法进行综述。
移动机器人路径规划算法可以分为经典算法和进化算法两大类。
经典算法是指基于图论和搜索算法的路径规划算法，如Dijkstra算法、A*算法和D*算法等。
这些算法主要通过构建一个代表环境的图，然后利用搜索算法在图上搜索最优路径。
Dijkstra算法是一种基于图的单源最短路径算法，它通过计算图中各个节点到起始节点的最短距离来确定最优路径。
A*算法是一种启发式搜索算法，它在搜索过程中综合考虑节点的实际距离和启发函数的估计值，从而能够更快地找到最优路径。
D*算法则是一种增量路径规划算法，它能够在运动过程中动态修正机器人的路径。
这些经典算法在路径规划领域得到了广泛应用，具有较高的实时性和准确性。
进化算法是指基于种群模型和优化策略的路径规划算法，如遗传算法、蚁群算法和粒子群算法等。
这些算法主要通过模拟生物进化、群体行为或颗粒运动等方式，在搜索空间中寻找最优解。
遗传算法是一种基于进化论思想的优化算法，它通过模拟遗传、变异和选择等过程，不断迭代更新种群中的个体，从而逐步寻找出最优解。
蚁群算法是一种模拟蚂蚁觅食行为的算法，它通过模拟蚂蚁释放信息素和选择路径等行为，从而在搜索空间中找到最短路径。
粒子群算法则是一种模拟群体行为的算法，它通过模拟颗粒在搜索空间中的移动和信息交流等过程，从而找到最优解。
这些进化算法可以克服经典算法的局限性，具有全局性和鲁棒性较好的特点。
除了经典算法和进化算法，还有一些其他的路径规划算法也得到了广泛应用。
免疫算法是一种基于免疫系统的优化算法，它通过模拟抗体的克隆、突变和选择等过程，从而找到最优解。
移动机器人路径规划算法研究综述
移动机器人路径规划算法研究综述
移动机器人路径规划算法是指在机器人移动过程中，通过算法得出最优路径的过程。
近年来，随着机器人技术的发展，移动机器人成为了研究的热点之一，而路径规划算法也成为了研究的重点之一。
本文将针对移动机器人路径规划算法做一个综述。
1. 最短路径算法
最短路径算法是指在给定的起点和终点中，找到其之间最短的路径。
最短路径算法包括Dijkstra算法、A*算法等。
Dijkstra算法的本质是一种广度遍历算法，每次将当前节点的相邻节点加入到访问队列中，并计算当前节点与相邻节点之间的距离，最终得到起点到终点的最短路径。
A*算法则是一种启发式搜索算法，通过优先级队列将每个节点加入访问队列中，并通过估价函数来对当前节点的相邻节点进行评价和选择。
2. 全局路径规划算法
全局路径规划算法是指在机器人运动区域中，找到起点和终点之间的一个安全路径，以避免机器人和环境发生碰撞的算法。
常见的全局路径规划算法包括D*算法、FMT算法、Grid-based图搜索算法等。
D*算法是一种在线规划算法，其可以在机器人进行实时运动路径规划的过程中，调整运动路径以适应动态环境。
FMT算法则是一种快速重规划算法，其可以在毫秒级别内找到最优路径，同时保证找到的路径满足安全性要求。
Grid-based图搜索算法则是一种基于栅格地图的路径规划算法，通过将机器人移动区域划分成方格，将环境信息转换成栅格信息，以便机器人规划出最优路径。
移动机器人路径规划算法研究综述
移动机器人路径规划算法研究综述移动机器人路径规划算法是目前人工智能领域的研究热点之一，它是从机器人能够自主决策和执行任务的角度出发，解决机器人在不同环境下能够高效运行的问题。
移动机器人路径规划算法可以分为离线规划和在线规划两种方式，离线规划是指机器人预先在地图中规划好可行路径，而在线规划是指机器人在实时环境中动态更新路径，根据实时环境作出相应的决策。
1.基于图论的路径规划算法该算法将环境抽象成一张图，机器人在图中找到一条最短路径即可。
图中的节点代表机器人的位置，边代表该位置到其他位置的连通关系。
该算法比较容易实现，但是在处理复杂环境时存在计算困难问题。
该算法将环境表示成一个网格，每个网格包含相应的代价值，机器人通过在网格上移动来寻找最优路径。
网格上的代价值可以考虑各种因素，比如距离、风险等等。
这种算法能够适应复杂环境，但是可能需要处理大量的计算。
该算法是利用启发性函数来评估机器人沿某条路径移动的优劣程度，找到最优路径。
启发性函数可以根据实际情况设置，比如机器人到目标地点的距离、代价等等。
这种算法计算快速，可以在复杂环境中找到最佳路径。
该算法是将机器人前进路径视为一串基因，通过交叉、变异和选择等操作，寻找最优路径。
遗传算法不需要预先建立地图或者代价网格，能够处理复杂非线性问题，但是效率较低，需要大量的计算。
总体来说，移动机器人路径规划算法的研究能够提高机器人执行任务的效率和准确性。
但是在实际应用中需要考虑到机器人的可行性、安全性等问题。
因此，未来研究应该在算法的实时性、抗干扰性、机器人智能性等方面进一步深入。
移动机器人路径规划算法综述
移动机器人路径规划算法综述一、本文概述随着科技的飞速发展和的广泛应用，移动机器人在工业、医疗、军事、服务等领域扮演着越来越重要的角色。
移动机器人的路径规划问题，即如何在复杂多变的环境中为机器人找到一条从起始点到目标点的最优或次优路径，已成为机器人技术中的核心问题之一。
本文旨在对移动机器人的路径规划算法进行全面、深入的综述，以期为相关研究者提供有价值的参考和启示。
本文将首先介绍移动机器人路径规划的基本概念和分类，包括全局路径规划和局部路径规划、已知环境路径规划和未知环境路径规划等。
接着，我们将重点介绍和分析几种主流的路径规划算法，如基于搜索的算法（如A*算法、Dijkstra算法等）、基于采样的算法（如快速随机树RRT算法、概率路线图PRM算法等）、基于优化的算法（如人工势场法、遗传算法等）以及基于学习的算法（如深度强化学习、神经网络等）。
这些算法各有优缺点，适用于不同的场景和需求。
本文还将讨论路径规划算法在实际应用中面临的挑战，如动态环境、障碍物、计算复杂度等问题，并探讨未来路径规划算法的发展趋势和方向。
我们希望通过本文的综述，能够帮助读者更深入地理解移动机器人路径规划算法的原理和应用，并为推动该领域的发展做出一定的贡献。
二、路径规划问题的分类路径规划问题是移动机器人研究领域中的一个核心问题，它涉及到如何使机器人在复杂的环境中安全、有效地找到从起始点到目标点的路径。
根据不同的分类标准，路径规划问题可以分为多种类型。
根据环境信息的已知程度，路径规划问题可以分为全局路径规划和局部路径规划。
全局路径规划是在环境信息完全已知的情况下进行的，通常需要预先建立环境模型，然后利用搜索算法、优化算法等寻找最优或次优路径。
而局部路径规划则是在环境信息部分已知或完全未知的情况下进行的，机器人需要依靠传感器实时感知环境，并在线进行路径规划和调整。
根据路径规划的策略，可以分为静态路径规划和动态路径规划。
静态路径规划是在静态环境中进行的，即环境中没有动态障碍物或变化因素。
移动机器人路径规划技术的现状与展望
移动机器人路径规划技术的现状与展望一、本文概述随着科技的快速发展，移动机器人已经在多个领域，如工业自动化、物流配送、医疗救援、军事侦查等，展现出了巨大的应用潜力。
作为移动机器人核心技术之一的路径规划技术，对机器人的运动效率、安全性和智能性起着决定性的作用。
本文旨在深入探讨移动机器人路径规划技术的现状，包括经典算法、新兴技术及其在实际应用中的表现，并展望其未来发展趋势。
我们将分析当前路径规划技术面临的挑战，预测未来的技术革新，以期为未来移动机器人的研究和应用提供参考和启示。
二、移动机器人路径规划技术的现状随着和机器人技术的飞速发展，移动机器人路径规划技术已经成为当前研究的热点。
移动机器人路径规划是指机器人在具有障碍物的环境中，寻找一条从起始点到目标点的最优或可行路径。
当前，移动机器人路径规划技术已取得了显著的进展，并广泛应用于工业、农业、医疗、军事等多个领域。
传统算法：如Dijkstra算法、A算法、D算法等，这些算法在已知环境地图中表现出良好的性能，但面对动态未知环境时，其适应性和实时性受到限制。
智能算法：如遗传算法、蚁群算法、神经网络等，这些算法具有较强的全局搜索能力和自适应性，适用于处理复杂和动态的环境。
学习算法：随着深度学习和强化学习技术的发展，基于学习的路径规划方法逐渐兴起。
这些方法通过训练使机器人能够在未知环境中自主学习和决策，但通常需要大量的数据和计算资源。
移动机器人越来越多地依赖于各种传感器，如激光雷达（LiDAR）、深度相机、RGB-D相机等，以获取环境信息。
高级感知技术，如语义地图、物体识别和跟踪等，使得机器人能够更准确地理解环境，从而提高路径规划的准确性和效率。
随着高性能计算硬件、低功耗传感器和紧凑型机器人平台的发展，移动机器人的路径规划能力得到了显著提升。
实时操作系统和高效的路径规划软件库为机器人的路径规划提供了强大的支持。
移动机器人路径规划技术已经广泛应用于仓库物流、家庭服务、农业自动化、自动驾驶等领域。
移动机器人路径规划技术的现状与发展
移动机器人路径规划技术的现状与发展一、本文概述随着科技的快速发展，移动机器人技术已成为现代科技领域的重要分支。
其中，路径规划技术是移动机器人实现自主导航和智能决策的核心环节。
本文旨在全面概述移动机器人路径规划技术的现状与发展，探讨其在实际应用中的挑战与前景。
我们将从路径规划的基本概念入手，分析当前主流的路径规划算法及其优缺点，并探讨新兴技术如深度学习、强化学习等在路径规划领域的应用。
我们还将展望移动机器人路径规划技术的未来发展趋势，以期为相关领域的研究和应用提供有益的参考。
二、移动机器人路径规划技术的现状随着科技的不断发展，移动机器人路径规划技术也取得了显著的进步。
当前，移动机器人路径规划技术已经成为机器人研究领域的重要分支，广泛应用于工业、医疗、农业、军事等多个领域。
在移动机器人路径规划技术的研究中，最为核心的问题是如何在复杂的动态环境中，为机器人找到一条安全、有效、且高效的路径。
为此，研究者们提出了多种路径规划算法和技术，如基于规则的路径规划、基于优化算法的路径规划、基于学习的路径规划等。
基于规则的路径规划主要依赖于预设的规则和启发式信息，适用于环境相对简单、规则明确的情况。
然而，在复杂多变的动态环境中，这种方法的适用性会受到限制。
基于优化算法的路径规划则通过构建数学模型，将路径规划问题转化为优化问题，如最短路径问题、最小代价问题等，然后利用优化算法求解。
这类方法能够处理更复杂的环境，但计算量大，实时性较差。
近年来，基于学习的路径规划技术逐渐受到关注。
通过训练神经网络等机器学习模型，使机器人能够根据实时的环境信息进行实时决策和路径规划。
这种方法具有较强的自适应性和鲁棒性，但也需要大量的训练数据和计算资源。
随着深度学习和强化学习等技术的发展，基于深度学习的路径规划方法也开始崭露头角。
这类方法能够利用深度神经网络强大的特征提取和学习能力，从大量的环境数据中学习出复杂的路径规划策略。
虽然目前这类方法还面临着一些挑战，如样本效率、泛化能力等问题，但其巨大的潜力和发展前景使得它成为当前研究的热点之一。
移动机器人路径规划算法研究综述
移动机器人路径规划算法研究综述随着机器人技术的发展，移动机器人已经广泛应用于各种领域，如自动化、医疗、军事、环境监测等等。
移动机器人的一个重要问题是路径规划，即在已知环境中找到最优路径，以达到预定目的地。
本文就移动机器人路径规划算法进行综述。
1. 贪心算法贪心算法是一种简单易懂的算法，它在每个时刻选择最优的决策来达到最终目标。
例如，在地图上寻找最短路径时，贪心算法会选择最近的邻居节点，并将其加入路径中。
然而，贪心算法很容易陷入局部最优解，而无法找到全局最优解。
2. A*算法A*算法是一种启发式搜索算法，它采用了评估函数来估计从起点到终点路径的代价。
它将已探索的节点按照代价排序，以便在后续搜索中优先考虑那些距离目标更近的节点。
A*算法可以在最优的情况下找到最优路径，但它的复杂度比贪心算法高。
3. Dijkstra算法Dijkstra算法是一种常用的最短路径算法，它使用了一种贪心思想，即通过查找目前路径上的最短路径来更新节点间的距离。
Dijkstra算法不像A*算法那样具有启发式，它不考虑任何目标信息。
因此，Dijkstra算法不能保证找到最优路径。
4. Floyd算法Floyd算法是一种多源最短路径算法，它采用动态规划的思想。
它使用一个矩阵来存储节点间的最短路径长度。
Floyd算法可以处理所有节点间的最短路径，而不仅仅是两个特定节点之间的最短路径。
Floyd算法复杂度高，但对于小规模的问题表现不错。
5. 蚁群算法蚁群算法是一种模拟蚂蚁寻找食物的行为的算法。
它通过在搜索过程中模拟蚂蚁行走的过程，来找到最短路径。
蚁群算法可以在大规模问题中找到最优路径，但其计算量也很大。
6. 遗传算法总结：不同的算法在不同的问题上表现不同。
在进行移动机器人路径规划时，需要根据具体问题的特点来选择合适的算法。
例如，当规模较小时，可以使用贪心算法和Dijkstra算法；当需要考虑目标信息时，可以使用A*算法等。
同时，也可以结合不同算法的优点，提出更好的路径规划算法。
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第25卷第7期V ol.25No.7控制与决策Control and Decision2010年7月Jul.2010移动机器人路径规划技术综述文章编号:1001-0920(2010)07-0961-07朱大奇,颜明重(上海海事大学水下机器人与智能系统实验室，上海201306)摘要:智能移动机器人路径规划问题一直是机器人研究的核心内容之一.将移动机器人路径规划方法概括为:基于模版匹配路径规划技术、基于人工势场路径规划技术、基于地图构建路径规划技术和基于人工智能的路径规划技术.分别对这几种方法进行总结与评价,最后展望了移动机器人路径规划的未来研究方向.关键词:移动机器人；路径规划；人工势场；模板匹配；地图构建；神经网络；智能计算中图分类号:TP18；TP273文献标识码:ASurvey on technology of mobile robot path planningZHU Da-qi,YAN Ming-zhong(Laboratory of Underwater Vehicles and Intelligent Systems，Shanghai Maritime University，Shanghai201306, China．Correspondent：ZHU Da-qi，E-mail：zdq367@)Abstract:The technology of intelligent mobile robot path planning is one of the most important robot research areas.In this paper the methods of path planning are classified into four classes:Template based,artificial potentialfield based,map building based and artificial intelligent based approaches.First,the basic theories of the path planning methods are introduced briefly.Then,the advantages and limitations of the methods are pointed out.Finally,the technology development trends of intelligent mobile robot path planning are given.Key words:Mobile robot；Path planning；Artificial potentialfield；Template approach；Map building；Neural network; Intelligent computation1引言所谓移动机器人路径规划技术,就是机器人根据自身传感器对环境的感知,自行规划出一条安全的运行路线,同时高效完成作业任务.移动机器人路径规划主要解决3个问题:1)使机器人能从初始点运动到目标点;2)用一定的算法使机器人能绕开障碍物,并且经过某些必须经过的点完成相应的作业任务;3)在完成以上任务的前提下,尽量优化机器人运行轨迹.机器人路径规划技术是智能移动机器人研究的核心内容之一,它起始于20世纪70年代,迄今为止,己有大量的研究成果报道.部分学者从机器人对环境感知的角度,将移动机器人路径规划方法分为3种类型[1]:基于环境模型的规划方法、基于事例学习的规划方法和基于行为的路径规划方法;从机器人路径规划的目标范围看,又可分为全局路径规划和局部路径规划;从规划环境是否随时间变化方面看,还可分为静态路径规划和动态路径规划.本文从移动机器人路径规划的具体算法与策略上,将移动机器人路径规划技术概括为以下4类:模版匹配路径规划技术、人工势场路径规划技术、地图构建路径规划技术和人工智能路径规划技术.分别对这几种方法进行总结与评价,展望了移动机器人路径规划的未来发展方向.2模版匹配路径规划技术模版匹配方法是将机器人当前状态与过去经历相比较,找到最接近的状态,修改这一状态下的路径,便可得到一条新的路径[2,3].即首先利用路径规划所用到的或已产生的信息建立一个模版库,库中的任一模版包含每一次规划的环境信息和路径信息,这些模版可通过特定的索引取得;随后将当前规划任务和环境信息与模版库中的模版进行匹配,以寻找出一收稿日期:2009-08-30；修回日期:2009-11-18.基金项目:国家自然科学基金项目(50775136)；高校博士点基金项目(20093121110001)；上海市教委科研创新项目(10ZZ97).作者简介:朱大奇(1964−),男,安徽安庆人,教授,博士生导师,从事水下机器人可靠性与路径规划等研究；颜明重(1977−),男,福建泉州人,博士生,从事水下机器人路径规划的研究.962控制与决策第25卷个最优匹配模版;然后对该模版进行修正,并以此作为最后的结果.模版匹配技术在环境确定情况下,有较好的应用效果.如Vasudevan等[4]提出的基于案例的自治水下机器人(AUV)路径规划方法,Liu等[5,6]提出的清洁机器人的模版匹配路径规划方法.为了提高模版匹配路径规划技术对环境变化的适应性,部分学者提出了将模版匹配与神经网络学习相结合的方法,如Ram等[7]将基于事例的在线匹配和增强式学习相结合,提高了模版匹配规划方法中机器人的自适应性能,使机器人能部分地适应环境的变化,以及Arleo等[8,9]将环境模版与神经网络学习相结合的路径规划方法等.模版匹配路径规划方法原理简单,在匹配成功时效果较好.但该方法的致命缺陷是依赖机器人的过去经验,如果案例库中没有足够的路径模版,就可能找不到与当前状态相匹配的路径;同时该方法主要针对静态环境的路径规划,一旦环境动态变化,则较难找到匹配的路径模版.这些不足严重限制了模版匹配路径规划技术的深入研究与推广应用,因此模版匹配要具有足够匹配的案例(路径)及对环境变化的适应性. 3人工势场路径规划技术人工势场路径规划技术的基本思想是将机器人在环境中的运动视为一种机器人在虚拟的人工受力场中的运动.障碍物对机器人产生斥力,目标点对机器人产生引力,引力和斥力的合力作为机器人的控制力,从而控制机器人避开障碍物而到达目标位置.早期人工势场路径规划研究是一种静态环境的人工势场,即将障碍物和目标物均看成是静态不变的.机器人仅根据静态环境中障碍物和目标物的具体位置规划运动路径,不考虑它们的移动速度.然而,现实世界中的环境往往是动态的,障碍物和目标物都可能是移动的.为了解决动态环境中机器人的路径规划问题,Fujimura等[10,11]提出一种相对动态的人工势场方法,将时间看成规划模型的一维参量,而移动的障碍物在扩展的模型中仍被看成是静态的,这样动态路径规划仍可运用静态路径规划方法加以实现.该方法存在的主要问题是假设机器人的轨迹总是已知的,但这一点在现实世界中难以实现.对此,Ko等[12]将障碍物的速度参量引入到斥力势函数的构造中,提出动态环境中的路径规划策略,并给出了仿真结果.但是,该方法的两个假设使其与实际的动态环境存在距离:1)仅考虑环境中障碍物的运动速度,未考虑机器人的运动速度;2)认为障碍物与机器人之间的相对速度是固定不变的,这不是完整的动态环境.对于动态路径规划问题来说,与机器人避障相关的主要是机器人与障碍物之间的相对位置和相对速度,而非绝对位置和速度.对此,Ge等[13,14]将机器人与目标物的相对位置与相对速度引入吸引势函数,将机器人与障碍物的相对位置与相对速度引入排斥势函数,提出动态环境下的机器人路径规划算法,并将该算法应用于全方位足球移动机器人的路径规划中,取得了比较满意的仿真与实验结果.Dennis等[15-18]在此基础上,进一步考虑到多障碍物的路径规划和人工势场路径规划的局部极小问题,提出移动机器人“能见度势场”的概念,给出一种障碍物削减策略,以解决多障碍物路径规划产生的计算量激增问题.最近,Jaradat等[19,20]将模糊理论与人工势场技术相结合,提出模糊人工势场算法,并与机器人动力学模型相结合,给出了相对完整的移动机器人路径规划与驱动控制方法.人工势场路径规划技术原理简单,便于底层的实时控制,在机器人的实时避障和平滑轨迹控制等方面得到了广泛研究.但人工势场路径规划方法通常存在局部极小点,尽管也有不少针对局部极小的改进方法,但到目前为止,仍未找到完全满意的答案.另外,在引力和斥力场设计时存在人为不确定因素,在障碍物较多时还存在计算量过大等问题,这些因素的存在限制了人工势场路径规划方法的广泛应用.应用中的难点是动态环境中引力场与斥力场的设计、局部极小问题的解决.4地图构建路径规划技术地图构建路径规划技术,是按照机器人自身传感器搜索的障碍物信息,将机器人周围区域划分为不同的网格空间(如自由空间和限制空间等),计算网格空间的障碍物占有情况,再依据一定规则确定最优路径[21-23].地图构建又分为路标法和栅格法,也称单元分解法.前者是构造一幅由标志点和连接边线组成的机器人可行路径图,如可视线方法[24]、切线图方法[25]、V oronoi图方法[26,27]和概率图展开法等[28,29].可视图法将机器人看成一个点,机器人、目标点和多边形障碍物的各顶点进行组合连接,并保证这些直线均不与障碍物相交,便形成一张图,称为可视图.由于任意两直线的顶点都是可见的,从起点沿着这些直线到达目标点的所有路径均是运动物体的无碰路径,路径规划就是搜索从起点到目标点经过这些可视直线的最短距离问题;切线图法和V oronoi图法对可视图法进行了改造.切线图法以多边形障碍物模型为基础,任意形状障碍物用近似多边形替代,在自由空间中构造切线图,因此从起始点到目标点机器人是沿着切线行走,即机器人必须几乎接近障碍物行走,路径较短.但如果控制过程中产生位置误差,移动机器人碰撞的可能性会很高.V oronoi图由一系列的直线段和抛物线段构成.直线由两个障碍物的顶点或第7期朱大奇等:移动机器人路径规划技术综述963两个障碍物的边定义生成,直线段上所有点必须距离障碍物的顶点或障碍物的边相等.抛物线段由一个障碍物的顶点和一个障碍物的边定义生成,抛物线段同样要求与障碍物顶点和障碍物的边有相同距离.与切线法相比,V oronoi 图法从起始节点到目标节点的路径将会增长,但采用这种控制方式时,即使产生位置误差,移动机器人也不会碰到障碍物,安全性较高.图1为切线图法与V oronoi 图法示意图.(a)(b)Voronoi图1切线图法与V oronoi 图法栅格法是将机器人周围空间分解为相互连接且不重叠的空间单元:栅格(cell),由这些栅格构成一个连通图,依据障碍物占有情况,在此图上搜索一条从起始栅格到目标栅格无碰撞的最优路径.这其中根据栅格处理方法的不同,又分为精确栅格法和近似栅格法,后者也称概率栅格法[30,31].精确栅格法[32]是将自由空间分解成多个不重叠的单元,这些单元的组合与原自由空间精确相等,如图2就是常用的一种精确栅格分解法—–梯形栅格分解.图2梯形栅格分解示意图与精确栅格法不同,近似栅格法的所有栅格都是预定的形状,通常为矩形.整个环境被分割成多个较大的矩形,每个矩形之间都是连续的.典型的方法是“四叉树”法,如果大矩形内部包含障碍物或者边界,则将其分割成4个小矩形.对所有稍大的栅格都进行这种划分,然后在划分的最后界限内形成的小栅格间重复执行该程序,直到达到解的界限为止.地图构建法直观明了,它常与其他路径规划方法集成使用,如Araujo [33]提出的ART 神经网络的地图构建路径规划算法,Najjaran [34]提出的卡尔曼滤波器的地图构建路径规划,Yang 等[35]提出的基于生物启发神经网络与地图构建集成的清洁机器人完全覆盖路径规划技术(CCPP)等.目前,地图构建技术已引起机器人研究领域的广泛关注,成为移动机器人路径规划的研究热点之一.但机器人传感器信息资源有限,使得网格地图障碍物信息很难计算与处理,同时由于机器人要动态快速地更新地图数据,在网格数较多、分辨率较高时难以保证路径规划的实时性.因此,地图构建方法必须在地图网格分辨率与路径规划实时性上寻求平衡.5人工智能路径规划技术人工智能路径规划技术是将现代人工智能技术应用于移动机器人的路径规划中,如人工神经网络、进化计算、模糊逻辑与信息融合等[36-39].遗传算法是最早应用于组合优化问题的智能优化算法,该算法及其派生算法在机器人路径规划研究领域已得到应用[40-42].在蚁群算法较好解决旅行商问题(TSP)的基础上,许多学者进一步将蚁群优化算法引入到水下机器人(UV)的路径规划研究中[43,44].最近,徐玉如等[45]考虑了海流因素的影响,提出了一种基于遗传算法和粒子群优化(PSO)算法的AUV 全局路径规划思想.由于模糊逻辑和信息融合技术在不确定性信息处理方面有极好的表现,且移动机器人传感器采集的环境信息存在不确定性和不完整性,使得模糊逻辑和信息融合技术在移动机器人路径规划中有较好的应用.如Lang 等[46]针对全覆盖路径规划提出的移动机器人模糊路径规划方法,Perez 等[47]提出的基于速度场的模糊路径规划方法等,Zun 等[48,49]提出基于信息融合技术的移动机器人和无人机的路径规划与避碰方法.神经网络作为人工智能的重要内容,在移动机器人路径规划研究中得到了广泛关注[35,36,50-52],如Ghatee 等[38]将Hopfield 神经网络应用到路径距离的优化中;Zhu 等[51]将自组织SOM 神经网络应用到多任务多机器人的任务分配与路径规划中.近年来加拿大学者Simon [53,54]提出一种新的生物启发动态神经网络模型,将神经网络的神经元与二维规划空间的离散坐标对应起来,通过规定障碍物和非障碍物对神经元输入激励和抑制的不同,直接计算相关神经元的输出,由此判定机器人的运行方向.由于该神经网络不需要学习训练过程,路径规划实时性好,同时利用神经网络本身的快速衰减特性,较好地解决了机器人路径规划的死区问题[35,55,56].图3为用于局部路径规划的生物启发神经网络结构图.图中所示为机器人(处于神经元处)传感器的感受半径,每个神经元与环境位置坐标对应,动态计算机器人邻近神经元输出,机器人根据神经元输出大小决定下一步运行目标,从而实现安全的路径规划.人工智能技术应用于移动机器人路径规划,增强了机器人的“智能”特性,克服了许多传统规划方法964控制与决策第25卷r=3r=2r=1r0 jwijC k l(,)i图3基于生物启发神经网络路径规划的不足.但该方法也有不足之处,有关遗传优化与蚁群算法路径规划技术主要针对路径规划中的部分问题,利用进化计算进行优化处理,并与其他路径规划方法结合在一起使用,单独完成路径规划任务的情况较少.信息融合技术主要应用于机器人传感器信号处理方面,而非直接的路径规划策略.对神经网络路径规划而言,大多数神经网络路径规划均存在规划知识的学习过程,不仅存在学习样本难以获取,而且存在学习滞后问题,从而影响神经网络路径规划的实时性.生物启发神经网络路径规划虽然实时性较好,但其输入激励与抑制的设定也存在人为不确定因素.6移动机器人路径规划技术展望毫无疑问,移动机器人路径规划研究已取得了重要进展,但在具体规划算法设计中,均有它们的局限性.如模版匹配方法过于依赖机器人过去的经验;人工势场路径规划方法通常存在局部极小点和计算量过大的问题;地图构建与人工神经网络技术均存在路径规划的实时性问题.从过去的研究状况和机器人未来的发展需求来看,目前移动机器人路径规划技术研究主要集中在以下几个方面.6.1新的路径规划方法的研究新的路径规划方法研究,永远是移动机器人路径规划的重要内容,主要是其结合了现代科技的发展(如新的人工智能方法、新的数理方法等),寻找易于实现,同时能避开现有方法缺点的新技术[57-62].另外,现代集成路径规划算法研究也是一个重要内容,即利用已有的各种规划方法的优点,克服他们的不足.如神经网络与地图构建技术结合[35,56]、信息融合与地图构建技术集成[63]、进化计算与人工势场技术的结合[64]等.6.2机器人底层控制与路径规划算法的结合研究以上是从路径规划策略上看移动机器人路径规划的发展.从应用角度看,路径规划的研究极大多数集中在规划算法的设计与仿真研究上,而将路径规划算法应用于实际的报道还很少,即使是一些实物仿真实验,研究也较少.但理论研究最终要应用于实际,因此有关机器人底层控制与路径规划算法的结合研究将是它的发展方向之一[65,66],不仅要研究路径规划算法,而且要研究机器人的动力学控制与轨迹跟踪,使机器人路径规划研究实用化、系统化.6.3多机器人任务分配、通信协作及路径规划的研究以往有关单机器人的路径规划研究报道较多,而多机器人路径规划及相关技术研究较少[51,56].实际上,多机器人协作作业与路径规划在现实世界还非常常见,如足球机器人比赛、空中无人机编队飞行、自治水下机器人的合作搜救与观察等.它将涉及多方面研究,包括多机器人多任务分配问题、机器人之间的协作与通信问题、机器人的全局与局部路径规划问题、机器人传感与控制问题等.6.4高维环境中移动机器人路径规划的研究从路径规划的环境描述来看,针对二维平面环境的路径规划研究较多,而三维环境下的路径规划研究较少[67,68].但是,大多数机器人作业与运行是在三维空间中进行的,如飞行机器人、水下机器人等.因此,加强三维环境中移动机器人路径规划技术的研究是机器人技术实际应用的需要,也是移动机器人路径规划技术的发展方向之一.6.5空中机器人与水下机器人的研究从具体的研究对象来看,移动机器人路径规划大多是针对陆地工作的智能机器人展开路径规划研究,如足球机器人、清扫机器人、收割机器人等;而针对空中飞行机器人和自治水下机器人的研究较少[42-45,69,70].陆地机器人一般是处于温和的现实世界,而空中机器人与水下机器人面临的外部环境非常恶劣,传感器资源更加有限,甚至会面临一种敌对的不确定的危险环境.因此,他们的路径规划与避险研究更加困难和迫切.7结论智能移动机器人路径规划问题一直是机器人研究的核心内容之一.本文从模版匹配路径规划、人工势场路径规划、地图构建路径规划和人工智能路径规划4个方面,对移动机器人路径规划技术研究现状及其未来发展进行系统的总结与评价,对移动机器人技术目前的研究与未来的发展将有一定的参考价值.致谢感谢加拿大Guelph大学高级机器人第7期朱大奇等:移动机器人路径规划技术综述965与智能系统实验室主任Simon X.Yang教授在文献资料查阅及论文成文过程给予的指导与帮助！参考文献(References)[1]戴博,肖晓明,蔡自兴.移动机器人路径规划技术的研究现状与展望[J].控制工程,2005,12(3):198-202.(Dai B,Xiao X M,Cai Z X.Current status and future development of mobile robot path planning technology[J].Control Engineering of China,2005,12(3):198-202.) 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