基于正态密度函数的滚动窗口路径规划方法

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1、第1O卷第l5期2010年5月科学技术与工程Vo1．10No．15May20101671—1815(2010)15—3741—04ScienceTechnologyandEngineering⑥2010Sci．Tech．Engng．基于正态密度函数的滚动窗口路径规划方法杜宇上(广东工业大学实验教学部，广州510006)摘要路径规划是移动机器人智能化的标志。在原有滚动窗口路径规划方法基础上，提出基于正态密度函数的滚动窗口路径规划方法。通过实时检测滚动窗口内的环境信息，结合移动机器人与障碍物之间的距离关系，利用正态密度函数改变机器人偏转角度，实现避障。

2、通过对方法的仿真，表明了所提方法的有效性。关键词路径规划滚动窗口正态密度函数中图法分类号TP242；文献标志码A路径规划⋯是机器人应用中的一项重要的技环境地图、滚动窗口局部目标优化、信息更新。术，是移动机器人智能化的标志，是机器人利用环建立环境地图：采用二维平面坐标，包含存在境信息规划一条避开障碍物的安全路径的过程。的静态障碍物和动态障碍物，以及机器人的起始点由于机器人的工作环境往往是动态多变的，同时机和目标点等环境信息。器人掌握的信息也是不完全的，这将很难离线做出滚动窗口局部目标优化：在每个时刻中，以机一次性全局规划。器人为中心，在机器人有效的传

3、感检测范围内，根文献[2]借鉴预测控制滚动优化原理提出了应据机器人与障碍物间的实时距离，通过一定的推理用于未知环境的滚动窗口算法。在预测控制中，优启发，确定机器人在该滚动窗口区域内的局部目化不是一次离线进行，而是反复在线进行的，是不标，机器人向此局部目标运动，直至下一时刻。断地滚动优化的过程J。基于滚动窗口的路径规信息更新：在每个时刻的滚动窗口局部目标优划方法令机器人周期性地更新窗口信息及时滚动化前，根据传感系统获取周围环境实时信息，为新规划，将规划问题压缩到滚动窗口内，与全局规划的滚动窗口下局部目标优化提供新的信息，也起到相比其运算量大大降低J。

4、文献[2，5，6]对滚动对先前时刻局部目标优化结果修正作用。这些信窗口路径规划方法进行了原理的表述和定义。息包括新时刻中机器人与障碍物问的距离关系。1．1滚动窗口中的机器人运动轨迹本文在借鉴文献[2，5，7]基础上，提出了一种基于正态分布函数的滚动窗口路径规划方法，并以由于移动机器人没有先验的环境知识，只能通过传感器，在t时刻探测到以R当前位置为中心，Matlab为工具进行路径规划仿真。探测范围P为半径的圆形区域的环境信息，因此，本1基于正态密度函数的滚动窗口路径规划文将该圆形的探测区域视为滚动窗口。当移动机器人在通往目标点的运动中，若滚动实现方案

5、窗口内没有遇到障碍物，运动路径为一直线。若是滚动窗口内遇到障碍物，移动机器人将避开障碍该滚动窗口路径规划方法包括三个过程：建立物。在下一时刻，机器人再次检索该时刻滚动窗口2010年3月5日收到内是否存有障碍物，进行避障行为。作者简介：杜宇上(1978一)，广东潮州人，实验师，硕士。研究方设目标点坐标为G(。，Y。)，在t时刻，移动机向：电工电子实验教学、机器人、电路系统。器人在点P(，Y)，3742科学技术与工程1O卷机器人前进过程中遇到障碍物时将启动式(3)令：arctan。G一f得到偏转角，而本文确定机器人偏转角的方向当移动机器人前进方向中有障

6、碍物时，它势必的方法是：绕开障碍物，因此在接近障碍物时，需在角的基础找出滚动窗口内障碍物边界横坐标的最小值上，另加一偏转角(>0)。。i和最大值。一，设t+1时刻，移动机器人在点P⋯(⋯，Y⋯)。将其算术平均值设为有¨l=+／cos(0±)，Y¨1=Y+／sin(±(4))(1)式(1)中，Z为单位时刻间距中移动机器人R运动的判断与。i的大小，若>。，则式(1)步长，也即是在滚动窗口中机器人的运动距离。移中，±取负号；否则取正号。动机器人的运动轨迹可以看作由P。(。，Yo)、1．2路径规划步骤P(，Y)、⋯⋯、P(，Y)等一系列点连成的步骤0：对移

7、动机器人R的运动起点．s、目标点曲线。G、R的探测半径P、R每次的移动步长z、障碍物本文将偏转角与机器人R和障碍物O间的“膨化”情况进行初始化。距离d(R，0；)联系起来，离障碍物越近，a越大。步骤1：更新滚动窗口信息，若到达目标点G，当移动机器人绕过障碍物后，偏转角为零。机器人停止路径规划；否则，转到步骤2。步骤2：更新滚动窗口信息，机器人R判别滚动若采用=，会出现d(，Dt)=0一一窗口内是否有障碍物，若元，使=arctan玉—÷，的情况，因此，将机器人和障碍物间的距离d(R，G一再IO)转为指数的形式，采用正态密度函数。=0，启动式(1)向目

8、标点方向前进Z，并转向步式(2)为正态密度函数，骤4；若有，转向步骤3。步骤3：根据机器人R与障碍物0的距离)=云1e(一