自主移动机器人避障技术研究现状
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人工势场 法于 ２Ｏ世 纪 ８Ｏ年代 由 Ｋｈａｔｉｂ Ｏ等人 提 出 。将移动机器人 的运 动 当作一个 质点在 一种抽 象的人 造 势力 场中的运动 ：目标点 对质 点产生引力 ，而障碍物 对质 点 产生斥力 ，依 据合 力确 定移 动机 器 人 的运动 方 向和 路径 。 人工势场法具有结构简单 、容易实现的优点 ，且规划 后的路 径 比较 平 滑 。不 过 这 是 一 种 局 部 寻 优 的 方 法 ，对 于 相 对 复 杂的动态环境 ，不合 理 的势场方程 容易使 机器人 陷入局 部 最 小 点 。
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｔａｔｕｓ ０ｆ ｏｂｓｔａｃｌｅ ａｖｏｉｄａｎｃｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ
ｔｎ０ ｒ ａＵｔＪ ０ｎ０ｍ ０ＵＳ ｍ ０ １Ｄ ｌ●Ｉ ■ ｅ ｒ０ ｌＤ ０ｔＪ Ｓ
ＪＩＮ Ｘｉａｏ．ｆｅｉ ，ＷＡＮＧ Ｈａｏ ．一，ＺＯＮＧ Ｗｅｉ－ｊｉａ ．一，ＷＡＮＧ Ｐｅｎｇ．ｃｈｅｎｇ ，ＷＡＮＧ Ｃｅ ，。 （１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｂｉｏ－ｉｎｓｐｉｒｅｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔ ｉｃｓ
２０１８年 第 ３７卷 第 ５期
传感器 与微 系统 （Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）
５
ＤＯＩ：１０．１３８７３／Ｊ．１ＯＯＯ－－９７８７（２０１８）０５－－０００５－０５
自主移 动 机 器 人 避 障技 术 研 究 现 状
晋 晓 飞 ，王 浩 ，宗卫佳 ，王鹏程 ，王 策 ，。
（１．南京航空航天大学 仿 生结构与材料防护研究所 ，江 苏 南京 ２１００１６； ２．南 京 航 空 航 天 大 学 自动 化 学 院 ，江苏 南 京 ２１００１６；３．南 京 航 空 航 天 大 学 航 天 学 院 。江 苏 南 京 ２１００１６）
摘 要 ：对避障技术 的核心 内容 暨避 障算 法展开归纳介绍 ，依照传统算法和智能算法分类 ，详细介绍了应 用较多的各避 障算法 的基本 原理 、优缺点及部 分改进方案 ；对 自主移动 机器 人避障技术的应用前景和发展 趋势作 出了展望 。 关键词 ： 自主移动机器人 ；避 障；路径规划 中图分类号 ：ＴＰ２４２ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０００－－９７８７（２０１８）０５－－０００５－－０５
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｃｏｒｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｏｂｓｔａｃｌｅ ａｖｏｉｄａｎｃｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｒ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｆｏｒ ｏｂｓｔａｃｌｅ ａｖｏｉｄａｎｃｅ ａｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ， ｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ ｂｙ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ａｎｄ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｓ．Ｔｈｅｉｒ ｂａｓｉｃ ｐｒ ｉｎｃｉｐｌｅｓ，ｔｈｅ ｍｅｒｉｔｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ａｎｄ ｐａｒｔｉａｌ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｓｃｈｅｍｅｓ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒｅｇｒｏｕｎｄ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｏｂｓｔａｃｌｅ ａｖｏｉｄａ ｎ ｃｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｆ ｏｒ ａｕｔｏｎｏｍ ｏｕｓ ｍｏｂｉｌｅ ｒｏｂｏｔｓ ａｒｅ ｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ ｍｏｂｉｌｅ ｒｏｂｏｔ；ｏｂｓｔａｃｌｅ ａｖｏｉｄａｎｃｅ；ｐａｔｈ ｐｌａｎｎｉｎｇ
６
传 感 器 与 微 系 统
第 ３７卷
一 种 基于相对速度 的改进 人工势 场法 ，针对传 统路 径规划 中局 部源自文库小点 问题 ，提出 了设置 中间 目标点 的方 法 ，给机器 人一个外力 以避 免其在局 部最小 点处停 止或者 徘徊 ，确保 机器人能够逃 出最 小点陷阱并顺利到达 目标位置 。 １．１．２ 栅格法
０ 引 言 自主移动机器人 的智能避 障指机器人通过传感器检测
到障碍物并采集其状 态信息 ，按 照一定 的算 法进行 的路径 规划 ，从 而避 开障碍物 ，最终 到达 目的地。如何让机器人判 断障碍物 ，并躲避 ，是机器人避 障中的 ２个关 键问题 。
自主移动机器人 的避障 问题分 为 ２类 ：障碍物 环境信 息 完全已知和障碍物环境信息未完 全已知。前者机器人避 障属于全局路径规划 ；后 者或完全 未知 情况 下的机 器人避 障属于局部路径规 划 ］。大多 情况 下 ，机器 人所 处外 部 环境动态未 知 ，传 统 避 障算 法 在 这些 情 况 下 将 出现很 多 缺 陷 。
Ｈｕａｎｇ Ｙ 等 人 提 出 了 带 记 忆 功 能 的 沿 墙 （Ｗａｌｌ－ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ）方法帮助机器人 跳 出局部 最小点 。徐 飞 提出了
收 稿 日期 ：２Ｏ１７＿ｏ５—１５ 基金 项 目：国家高技术研 究发展计划（“８６３”计划）资助项 目（２０１５ＡＡ０４２３０４）；国家 自然科学基金重点资助项 目（６１２３３０１４）
ａｎ ｄ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００１６，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｓｔｒｏｎａｕｔ ｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００１６，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００１６，Ｃｈｉｎａ）
近些年研究提 出的智能 避障算法在很大程度上弥补 了 传 统算法 的不足 ，本文按 照传统 避障算 法与 智能避 障算 法 对 自主移动机器人避障技术进行分类 ，分析优 缺点 ，并介绍 了一些改进的算法 。
１ 自主 移 动 机 器 人 避 障技 术 １．１ 传 统避 障算 法
传统避障方法主要 实现机器人 无碰 撞全局 路径 规划 ， 经典的算法有 以下几种 ： １．１．１ 人工势场法
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｔａｔｕｓ ０ｆ ｏｂｓｔａｃｌｅ ａｖｏｉｄａｎｃｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ
ｔｎ０ ｒ ａＵｔＪ ０ｎ０ｍ ０ＵＳ ｍ ０ １Ｄ ｌ●Ｉ ■ ｅ ｒ０ ｌＤ ０ｔＪ Ｓ
ＪＩＮ Ｘｉａｏ．ｆｅｉ ，ＷＡＮＧ Ｈａｏ ．一，ＺＯＮＧ Ｗｅｉ－ｊｉａ ．一，ＷＡＮＧ Ｐｅｎｇ．ｃｈｅｎｇ ，ＷＡＮＧ Ｃｅ ，。 （１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｂｉｏ－ｉｎｓｐｉｒｅｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔ ｉｃｓ
２０１８年 第 ３７卷 第 ５期
传感器 与微 系统 （Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）
５
ＤＯＩ：１０．１３８７３／Ｊ．１ＯＯＯ－－９７８７（２０１８）０５－－０００５－０５
自主移 动 机 器 人 避 障技 术 研 究 现 状
晋 晓 飞 ，王 浩 ，宗卫佳 ，王鹏程 ，王 策 ，。
（１．南京航空航天大学 仿 生结构与材料防护研究所 ，江 苏 南京 ２１００１６； ２．南 京 航 空 航 天 大 学 自动 化 学 院 ，江苏 南 京 ２１００１６；３．南 京 航 空 航 天 大 学 航 天 学 院 。江 苏 南 京 ２１００１６）
摘 要 ：对避障技术 的核心 内容 暨避 障算 法展开归纳介绍 ，依照传统算法和智能算法分类 ，详细介绍了应 用较多的各避 障算法 的基本 原理 、优缺点及部 分改进方案 ；对 自主移动 机器 人避障技术的应用前景和发展 趋势作 出了展望 。 关键词 ： 自主移动机器人 ；避 障；路径规划 中图分类号 ：ＴＰ２４２ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０００－－９７８７（２０１８）０５－－０００５－－０５
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｃｏｒｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｏｂｓｔａｃｌｅ ａｖｏｉｄａｎｃｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｒ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｆｏｒ ｏｂｓｔａｃｌｅ ａｖｏｉｄａｎｃｅ ａｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ， ｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ ｂｙ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ａｎｄ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｓ．Ｔｈｅｉｒ ｂａｓｉｃ ｐｒ ｉｎｃｉｐｌｅｓ，ｔｈｅ ｍｅｒｉｔｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ａｎｄ ｐａｒｔｉａｌ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｓｃｈｅｍｅｓ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒｅｇｒｏｕｎｄ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｏｂｓｔａｃｌｅ ａｖｏｉｄａ ｎ ｃｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｆ ｏｒ ａｕｔｏｎｏｍ ｏｕｓ ｍｏｂｉｌｅ ｒｏｂｏｔｓ ａｒｅ ｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ ｍｏｂｉｌｅ ｒｏｂｏｔ；ｏｂｓｔａｃｌｅ ａｖｏｉｄａｎｃｅ；ｐａｔｈ ｐｌａｎｎｉｎｇ
６
传 感 器 与 微 系 统
第 ３７卷
一 种 基于相对速度 的改进 人工势 场法 ，针对传 统路 径规划 中局 部源自文库小点 问题 ，提出 了设置 中间 目标点 的方 法 ，给机器 人一个外力 以避 免其在局 部最小 点处停 止或者 徘徊 ，确保 机器人能够逃 出最 小点陷阱并顺利到达 目标位置 。 １．１．２ 栅格法
０ 引 言 自主移动机器人 的智能避 障指机器人通过传感器检测
到障碍物并采集其状 态信息 ，按 照一定 的算 法进行 的路径 规划 ，从 而避 开障碍物 ，最终 到达 目的地。如何让机器人判 断障碍物 ，并躲避 ，是机器人避 障中的 ２个关 键问题 。
自主移动机器人 的避障 问题分 为 ２类 ：障碍物 环境信 息 完全已知和障碍物环境信息未完 全已知。前者机器人避 障属于全局路径规划 ；后 者或完全 未知 情况 下的机 器人避 障属于局部路径规 划 ］。大多 情况 下 ，机器 人所 处外 部 环境动态未 知 ，传 统 避 障算 法 在 这些 情 况 下 将 出现很 多 缺 陷 。
Ｈｕａｎｇ Ｙ 等 人 提 出 了 带 记 忆 功 能 的 沿 墙 （Ｗａｌｌ－ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ）方法帮助机器人 跳 出局部 最小点 。徐 飞 提出了
收 稿 日期 ：２Ｏ１７＿ｏ５—１５ 基金 项 目：国家高技术研 究发展计划（“８６３”计划）资助项 目（２０１５ＡＡ０４２３０４）；国家 自然科学基金重点资助项 目（６１２３３０１４）
ａｎ ｄ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００１６，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｓｔｒｏｎａｕｔ ｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００１６，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００１６，Ｃｈｉｎａ）
近些年研究提 出的智能 避障算法在很大程度上弥补 了 传 统算法 的不足 ，本文按 照传统 避障算 法与 智能避 障算 法 对 自主移动机器人避障技术进行分类 ，分析优 缺点 ，并介绍 了一些改进的算法 。
１ 自主 移 动 机 器 人 避 障技 术 １．１ 传 统避 障算 法
传统避障方法主要 实现机器人 无碰 撞全局 路径 规划 ， 经典的算法有 以下几种 ： １．１．１ 人工势场法