第4章多机器人路径规划.PDFVIP

哈尔滨J--程大学硕士学位论文 第4章 多机器人路径规划 4.1引言 路径规划是机器人研究领域内的一个重要内容，该问题可以描述 为在有障碍物的工作环境中，如何为机器人寻找一条恰当的从起点 到 目标点的运动路径，使机器人在运动过程中能安全、无碰撞地绕 过所有的障碍物。当全局环境信息己知时，应用现有的研究成果， 如人工势场法，完全可以为机器人寻长到一条安全的路径，并且满 足一定的性能，如距离最短等。但当机器人获得的环境信息不完全， 甚至对环境完全未知时，只能根据机器人所能够控测到的局部环境 信息进行规划。下面借鉴预测控制的的基本思想。提出了基于滚动 的每一步。机器人根据实时控测到的局部环境信息。机器人根据探 测到的局部环境信息用启发式方法生成局部子 目标。在当前窗口内 进行局部路径规划并行进一定距离。随窗口的推进。机器人不断取 得新的环境信息，并据此重新进行局部路径规划，如此反复进行， 逐渐前进，最终到达全局 目标点。这种路径规划的思想将环境信息 反馈与局部路径优化的机制充分结合，体现环境未知时机器人寻找 全局 目标的一种较好的思路。 与单机器人相比，多机器人的滚动路径规划不仅要求每一个机器 人各 自寻找一条上述的路径，还要求机器人的沿该路径行走时避免 与其它机器人发生碰撞。从而对机器人之间路径的规划和协凋提出 了更高的要求。下文在滚动路径规划的基础上，提出了全局未知静 态环境下多机器人分布式滚动路径规划算法。为机器人之间路径的 协凋制定相应的规则，避免了机器人之间的碰撞 。最后以仿真结果 验证此算法的有效性。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 4.2多机器人路径规划研究 多机器人运动规划的目标是为每一个机器人规划出与环境障碍 以及其他机器人不发生碰撞的运动轨迹。多机器人运动规划一般可 以分为两大类:一类是多移动机器人(MultipleMobileRobots)运 动规划;另一类是多机械臂 (MultipleManipulators)的运动规划。 与机械臂相比，移动机器人工作的环境大多是非结构化环境，机器 人的定位困难，重复定位精度差。但是移动机器人的所要完成的任 务对精度的要求却又往往比机械臂要宽松。所以，移动机器人运动 规划与机械臂的运动规划在许多方面有很大的不同。本论文研究的 是多移动机器人系统。因此在下面的讨论中主要针对的是多移动机 器人的运动规划 问题。 多移动机器人的运动规划又可以分为两类，集中式(Centralized) 的规划方法和分布式 (Distributed)的规划方法。早期的规划方法大 多以集中式规划方法为主，而近期的规划方法中分布式的规划方法 开始逐渐增多。 4.2.1集中式规划方法 集中式的规划方法将多机器人系统视为一个具有多个 自由度的 复杂机器人，由系统中的一个规划器来统一完成对所有机器人的运 动规划。集中式规划的特点是:一方面在不考虑计算复杂性的情况 下该类方法可以获得规划问题的最优解。另一方面，该类方法计算 时间往往比较长，这一点限制了该方法的应用。集中式规划发展时 间较长，成果丰富。这里仅就主要的方法作一介绍。 Schwartz和Sharir用栅格法解决了任意数量的移动物体的运动 规划问题川。该问题中有些物体是连在一起的环境由墙和其他障碍 组成尽管算法的计算时间与障碍的平面数是多项式关系与机器人的 自由度成指数关系但总的计算时间是0(n`)其中e是指数n是物体的 哈尔滨工程大学硕十学位论文 二二二 ‘二奋二二益 ‘‘二二二二二 数量。 Parson和Canny提出了一个多移动机器人规划器，他们的规划 方法分两步来进行:第一步根据障碍和机器人的形状把自由空间分 成子空间;第二步在子空间中选定起点和终点，然后规划到路径181 0Dunlaining等提出了一个并行的运动规划算法191。该算法用 栅格图表达环境，把相邻的两个栅格用一根弧线连起来，然后用动 态规划法有哪些信誉好的足球投注网站栅格图获得路径。机器人之间的避碰通过等待的方式 实现。如果将该方法在并行机上实现，可以获得很高的计算速度。 Gurewitz等用收缩法分析了二维空间中圆形机器人的运动规划 问题tam 算法采用了Voronoi图的广义化概念。 Barraquand等提出一个与收缩算法类似的算法fill.该算法在1 作空间中定