基于模糊人工势场法的移动机器人路径规划.pdf

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1、基于模糊人工势场法的移动机器人路径规划Mobilerobotpathplanningbasedonfuzzyartificialpotentialfieldmethod潘洲，万衡，李嘉琦PANZhou，VVANHeng，LIJia．qi(上海应用技术学院电气与电子工程学院，上海201418)摘要：针对复杂环境下移动机器人的路径规划问题，提出模糊逻辑和人工势场法相融合的路径规划方法。对传统人工势场法进行了改进，针对人工势场法中的局部最小问题，提出了设置虚拟障碍点的方法，仿真验证效果可行；把通过人工势场法得到的相关

2、数据作为模糊控制器的输入，融合了二者的优点，该算法计算量小且实时性高，设计的模糊控制器负责对机器人的航向角和速度进行实时的调整修正，弥补了人工势场法忽略机器人自身几何信息缺陷的同时，保障了路径规划的可靠性和平滑性，提高了系统的稳定性和鲁棒性。MATLAB仿真结果表明，该算法具有可行性和高效性。关键词：移动机器人；人工势场法；模糊逻辑；路径规划中图分类号：TP242文献标识码：A文章编号：1009—0134(2015)07(上)一0004—04Doi：10．3969／J．issn．1009-0134．2015．0

3、7(I-)．020引言基本思想设计成一种抽象的人造引力场来处理机器人的运动，目标点对机器人产生“引力”，障碍物对机器人产路径规划是移动机器人领域的一个重要研究课题“。生“斥力”，最后通过所求合力来控制机器人的运动。路径规划的方法很多，主要有可视图法、蚁群算法、粒子群算法，遗传算法等。可视图法没有考虑机器人本身的1．1势场函数形状大小，容易造成与障碍物的碰撞，同时随着障碍物设机器人的位置信息为x=(x，Y)，目标点的位置信的增多，计算复杂性增加，搜索时间长。蚁群算法、粒息为x=(x，Y)，目标G对智能机器人X起吸

4、引作用，而子群算法、遗传算法等算法普遍存在算法耗时多、计算且距离越远，吸引力越大，反之就越小。当距离为零量大、存储空间占用多的缺点。随着人们对实时性要求时，机器人的势能为零，此时机器人到达终点。通常引的提高，同时复杂的环境也很难用精确的数学模型来描力场势函数的一般形式如式(1)所示：述，所以越来越多的人转向了结构简单的人工势场法和)=÷一)(1)模糊逻辑算法。人工势场法规划出的可行路径一般比较式中，k是引力场增益系数；x—x为机器人x和目平滑且安全，在实时避障和平滑轨迹控制等方面得到了标点X。之间的距离。广泛应

5、用【2】。机器人运动环境复杂，障碍物位置信息很相应的引力F是引力场势函数的负梯度，即：难用精确的数学模型来描述，因此采用模糊逻辑算法非=-g,-,~a[ug(x)】=kg(x一)(2)常适合移动机器人的避障问题，模糊逻辑算法避开了传式中，吸引力F方向指向目标点，在机器人到达目统算法对环境模型依赖性强等缺点】，对于复杂环境下标点时，该力为零。路径规划，有较强的优越性和实时性。相应的斥力场函数可表示为：本文基于势场模型和模糊控制理论，采用设置虚拟障碍点的方法，解决了局部最小问题，同时对于复杂环u。(x)：{r印G一

6、)‘，p≤p。(3)境，一方面能够提前感知障碍物的位置信息，并对机器【0，P>PD人的航向角进行实时修正，极大减小了与障碍物碰撞的式中，k是斥力场增益系数；p为机器人x与障碍物0之间的最短距离；p0是一个常数，代表障碍物的影概率；另一方面能够对机器人的速度进行实时调节，保证安全避障的同时使得路径也更加平滑，并且提高了算法响距离。的性能。仿真研究表明，该方法更具优越性和实时性。相应的斥力为：1人工势场法原理及其改进F0：一日，。d[U0)】：{r印G一)刍，pp0(4)【0，P>P。人工势场法是Khatib【4提

7、出的一种虚拟力法。其收稿日期：2015-02-27作者简介：潘洲(1988一)，男，江苏徐州人，硕士研究生，研究方向为机器人智能控制。[41第37卷第7期2015-07(上)的改善。[2】A．Oasparettot，V．Zanotto．A．newmethodforsmoothtrajectory综上所述，该机器人关节的角位移曲线平滑连续、planningofrobotmanipulators【J】．MechanismandMachineTheory，2007，42：455-471．角速度和角加速度曲线连续，说明

8、该关节在工作过程中[3]石忠，王永智，胡庆雷．基于多项式插值的自由漂浮空间机器人运行平稳，不会产生较大的震荡。轨迹规划粒子群优化算法【J1．四川宇航学报，2011，32(7)：1516—4结束语1521．本文针对当前一些机器手臂轨迹规划算法存在的不】Jeng-YihChiouRobotControlSystemBasedonDistributed足，结合以往算法的优点，给出了一种“五一