机器人路径规划技术的现状与发展趋势

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1、专题论坛FFORUMONSPECIALTOPIC机器人路径规划技术的现状与发展趋势廖绍辉，张连东（大连交通大学机械工程学院，辽宁大连116028）摘要：路径规划技术是机器人研究领域中的一个重要部分。从使用不同计算方法的角度，分别从传统规划法、智能规划法和几何规划法，综述了机器人路径规划技术的研究现状和特点。最后，展望了机器人路径规划技术的发展趋势。关键词：机器人；路径规划；传统规划；智能规划；几何规划中图分类号：TP242文献标识码：A文章编号：1002-2333（2007）07-0013-041引言般称为栅格。栅格大多采用四叉树

2、或八叉树来表示，然后路径规划技术是机器人研究领域中的一个重要部通过优化算法在栅格图中搜索一条从起始栅格到目标栅分。典型的路径规划问题是指在有障碍物的工作环境中，格的路径来完成路径搜索。按照一定的评价标准（行走路线最短、所用时间最少等）栅格解耦法包括确切的和不确切的两种。确切的解耦为机器人寻找一条从起点到终点的运动路径，让机器人法用来描述整个自由空间，这将使复杂环境的解耦速度变在运动过程中能安全、无碰撞地通过所有的障碍物。因而慢。这种方法可以保证只要起始点到目标点之间存在路路径规划问题又可以称为避碰规划问题。文中从使用不径，就完全能

3、搜索到这条路径。在不确切的解耦法中，所有同计算方法的角度，介绍了机器人路径规划技术的现状、的栅格都是预定的形状，为了研究方便假设全部为矩形。特点及发展趋势。整个图被分割成多个较大的矩形，每个矩形之间都是连续2传统规划方法的。如果大矩形内部包含障碍物或者边界，则又被分割成2.1可视图法4个小矩形，对所有稍大的栅格都进行这种划分，然后在划可视图法把机器人看作一点，将机器人、目标点和多分的最后界限内形成的小栅格间重复执行程序，直到达到边形障碍物的各顶点进行组合连接，并保证这些直线均解的界限为止。不确切的解耦方法比确切的解耦方法在数［1］

4、［3］不与障碍物相交，这就形成了一张图，称为可视图。即要学计算上要简单得多，因此也比较容易实现。求机器人和障碍物各顶点之间、目标点和障碍物各顶点2.4人工势场法以及各障碍物顶点与顶点之间的连线均不能穿越障碍其基本思想是将移动机器人在环境中的运动视为一物，也即直线是可视的。从而搜索最优路径的问题就转化种虚拟人工受力场中的运动。障碍物对移动机器人产生为求经过这些可视直线从起始点到目标点的最短距离问斥力，目标点产生引力，引力和斥力周围由一定的算法产题。优化算法可以删除一些不必要的连线以简化可视图，生相应的势，机器人在势场中受到抽象力作用

5、，抽象力使从而缩短搜索时间，求得最短路径。但是，优化算法缺乏得机器人绕过障碍物。该法结构简单，便于低层的实时控灵活性，一旦起始点和目标点改变，就必须重构可视图，制，在实时避障和平滑的轨迹控制方面，得到了广泛应并且搜索效率较低。用，其不足在于存在局部最优解，容易产生死锁现象，因2.2自由空间法而可能使移动机器人在到达目标点之前就停留在局部最自由空间法通常是按比例扩大障碍物，而把机器人优点。为解决局部极小值问题，已经研究出一些改进算缩小成一点，然后采用预先定义的凸多边形等基本形状法，如Sato提出的Laplace势场法。改进算法是通过

6、数学［1，3］构造自由空间来描述机器人及其周围的环境，并将自由上合理定义势场方程，来保证势场中不存在局部极值。空间表示为连通图，然后通过搜索连通图来进行路径规2.5拓扑法划。此方法比较灵活，即使起始点和目标点改变，也不必拓扑法的步骤是：将规划空间分割成具有拓扑特征重构连通图，但是算法的复杂程度与障碍物的多少成正一致的子空间，根据彼此连通性建立拓扑网络，在网络上［2］比，且不能保证任何情况下都能获得最短路径。寻找起始点到目标点的拓扑路径，最终由拓扑路径求出2.3栅格解耦法几何路径。拓扑法基本思想是降维法，即将在高维几何空栅格解耦法是

7、目前研究较为广泛的路径规划方法。间中求路径的问题转化为低维拓扑空间中判别连通性的［1］该方法将机器人的工作空间解耦为多个简单的区域，一问题。优点在于利用拓扑特征大大缩小了搜索空间。但!!!!!!!!!!!!!!!!基金项目：国家自然科学基金资助项目（50505004）是，在障碍物较多的情况下，空间的划分算法极其复杂。辽宁省基金项目项目（20051061）对于不太复杂的网络结构，可采用宽度优先、深度优先等辽宁省教育厅项目（05L050）简单算法，复杂网络结构可采用人工智能中的各种有效机械工程师2007年第7期13F专题论坛FORUM

8、ONSPECIALTOPIC［4］算法，如A*算法、S*算法等。进行了无碰撞路径规划，为神经网络法进一步发展提供3智能规划方法了基础。文献［17］利用BP网络的函数逼近作用，在机器随着现代计算技术的发展，智能算法不断被引入到人初始位置和目标位置之间