基于人工势能场的移动机器人导航综述-论文.pdf

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1、◇科技论坛◇科技置向导2014年27期基于人工势能场的移动机器人导航综述许亚(山东英才学院机械制造与自动化工程学院山东济南250104)【摘要】移动机器人是一种能够在工作环境中自由移动并完成预定任务，具有自规划、自组织、自适应能力的机器人。在移动机器人的相关技术研究中，导航技术是其核心技术，也是其实现真．Y-的智能化和完全自主的关键技术。移动机器人有多种导航方式．这些导航方式各有其特点，适合不同的应用环境。随着移动机器人的应用领域日益广泛，对移动机器人导航研究不断提出新的课题．这将使移动机器人的导航研究不断深入发展。本文着重介绍了人工势

2、能场算法在移动机器人导航中的应用．并指出了其存在的不足和有待进一步研究的问题．提出了一些解决思路，最后展望了机器人智能导航的发展趋势【关键词】移动机器人；未知环境；导航；人工势能场算0．引言个系数的最优值，但是在实验过程中是很难选取的．必须通过反复的移动机器人的研究始于20世纪6O年代末期．目的是研究人工智实验才能选取较为合适的值。针对多障碍物机器人运动规划中使用传能技术及在复杂环境下机器人系统的自主推理和规划能力70年代统人工势场法出现“零势能域”，导致路径规划过程陷入局部极小点的末，随着计算机技术和传感技术的发展．世界上一批著名公司

3、开始研现象．王奇志等提出了一种改进的人工势场法．通过排除一个距机器究移动机器人平台．这些移动机器人平台主要作为大学实验室及研究人最远的障碍物，同时加一个同等大小反方向力来消除零势能点．从机构的移动机器人实验平台移动机器人研究是机器人学中的一个重而实现消除零势能域．达到多障碍物情况下机器人运动规划的快速、要分支，移动机器人导航又是机器人研究的一个重要方向。目前，随着实时、避障的效果，结果表明，该算法对多个障碍物和非静态的障碍物机器人技术的不断进步．机器人学科越来越具有强大的生命力．它在同样适用。某种程度上已经代表当今信息技术、自动化技术、

4、系统集成等技术的人工势场法突出的优点是系统的路径生成与控制直接与环境实最新发展。现了闭环．从而大大加强了系统的适应性与避障性能但是人工势场本文主要对移动机器人的导航算法进行了阐述．着重介绍了移动法也存在几个主要的缺陷：机器人导航中常用的方法，并对人工势能场进行了详细地分析．最后(1)陷阱区域对全文进行了总结并对移动机器人导航研究进行了展望(2)在相近的障碍物之间不能发现路径1．移动机器人的几种导航方式(3)在障碍物前振荡移动机器人导航是指移动机器人通过传感器感知环境和自身状(4)在狭窄通道中摆动态．实现在有障碍物的环境中面向目标的自主运

5、动我们可以将移动针对这些缺陷．提出了一些改进办法。对于人工势场法存在“机器机器人所处的环境分成以下几个研究方向：(1)完全已知环境：机器人人在到达目标位置前由于陷入局部极小点而无法到达目标位置”的问知道所在工作环境的所有信息．包括目标点的位置．方向，障碍物的位题，解决的方法有：重新定义势函数．使之没有或有更少的局部极小置和方向；(2)部分已知环境：机器人知道所在工作环境中的部分信息，点：利用搜索算法跳出局部极小点：还可以利用模拟退火算法使势函比如知道一部分障碍物的位置和方向．有另外一部分环境是不知道的：数跳出局部极小点．到达机器人的目标

6、位置(3)完全未知环境：机器人完全不知道所在工作环境的信息．只知道目2．展望标点的方向和位置．其它障碍物的信息是一点都不知道目前．移动机器人导航技术已经取得了很好的研究成果。计算机目前，机器人导航要解决的关键问题表现为以下三个方面_l_：技术、电子技术、通信技术、传感器技术、控制技术、网络技术地迅猛发(I)通过一定的检测手段获取移动机器人在空间中的位置、方向展必将推动和促进移动机器人导航技术取得更多的研究成果。移动机以及所处环境的信息器人导航技术的发展有以下几方面的趋势：(1)视觉导航具有信息量(2)用一定的算法对所获信息进行处理并建立

7、环境模型大、探测范围广等特点．仍然是移动机器人导航技术的主要发展方(3)寻找一条最优或近似最优的无碰路径．实现移动机器人安全向：(2)导航系统结构将朝着分布式、模块化、网络化、多机器人协作的移动的路径规划方向发展分布式和模块化的结构有利于减少机器人的体积和自重基于人工势能场法(APF)的移动机器人导航通过互联网实现机器人的远程操作以及基于网络的多机器人协作是人工势场法lL21是Khatib提出的一种虚拟力法人工势场法是传统导航技术的新的研究热点；(3)路径规划将朝着多层规划和多方法相算法中较成熟且高产的规划方法．其基本思想是将移动机器人

8、在环境结合的方向发展采用基于反应式的行为规划与基于慎思行为规划中的运动视为一种虚拟人工受力场中的运动障碍物对移动机器人产相结合的方法全局路径规划和局部路径规划相结合更有利于复杂环生斥力．目标点产生引力．引力