孫　梅

（湖南應用技術學院,湖南 常德 415000）

移動機器人路徑規(guī)劃技術綜述

孫梅

（湖南應用技術學院,湖南 常德 415000）

移動機器人的設計與實現能夠促進智能化應用的良好發(fā)展。路徑規(guī)劃技術是機器人實現移動功能的主要技術之一。路徑規(guī)劃技術主要包含局部規(guī)劃技術以及全局規(guī)劃技術等。本文從路徑規(guī)劃技術的作用入手，對移動機器人路徑規(guī)劃技術進行研究和分析。

移動機器人;路徑規(guī)劃技術;綜述

0　前言

移動機器人的實現涉及自動控制、智能、機械等多種學科。它通常被應用在醫(yī)療領域、工業(yè)領域等方面。從整體角度來講，移動機器人的應用促進了生產效率的顯著提升。路徑規(guī)劃技術是移動機器人的關鍵技術之一，研究該技術具有一定的現實意義。

1　路徑規(guī)劃技術的作用

將路徑規(guī)劃技術應用在移動機器人中，能夠產生的作用主要包含以下幾種：

（1）運動方面。路徑規(guī)劃技術的主要作用是其能夠保證移動機器人完成從起點到終點的運動。（2）障礙物方面。設計移動機器人的最終目的是將其應用在實際環(huán)境中，在實際環(huán)境下，移動機器人的運行路線中可能存在一定數量的障礙物，為了保證最終目的地的順利達到，需要利用路徑規(guī)劃技術實現對障礙物的有效避開[1]。（3）運行軌跡方面。對于移動機器人而言，除了實現障礙物躲避、達到最終目的地這兩種作用之外，應用路徑規(guī)劃技術還可以產生一定的優(yōu)化運行軌跡作用。在移動機器人的使用過程中，在路徑規(guī)劃技術的作用下，機器人可以完成對最佳運行路線的判斷，進而更好地完成相應任務。

2　移動機器人路徑規(guī)劃技術綜述

移動機器人的路徑規(guī)劃技術主要包含以下幾種：

2.1 局部路徑規(guī)劃方面

在局部路徑規(guī)劃方面，能夠被應用在移動機器人中的技術主要包含以下幾種：

（1）神經網絡路徑規(guī)劃技術。從本質上講，可以將移動機器人的路徑規(guī)劃看成是空間到行為空間感知過程的一種映射，因此，可以利用神經網絡的方式將其表現出來。就神經網絡路徑規(guī)劃技術而言，首先需要將相關傳感器數據當成網絡輸入，并將網絡輸出看成是某固定場合中期望運動方向角增量。在這種情況下，原始樣本集則可以用不同選定位置對應的數據代替。為了保證樣本集數據的有效性，需要將原始樣本集中的沖突樣本數據以及重復樣本數據剔除掉。對最終樣本集應用模糊規(guī)則，實現神經網絡的有效訓練。當典型樣本學習完成之后，移動機器人對規(guī)則的掌握水平發(fā)生了顯著提升，進而使得移動機器人在產生智能性能的基礎上，順利完成相應運動[2]。

（2）人工勢場路徑規(guī)劃技術。這種規(guī)劃技術是指，將移動機器人在實際環(huán)境中的運動過程當成其在虛擬人工受力場中的一種運動。在虛擬人工受力場中，目標終點會對移動機器人產生一定的引力，而該受力場中的障礙物則會對其產生一定的斥力。在某固定算法的作用下，這兩種不同的作用力會產生相應的勢，進而形成勢場。當移動機器人在該場中運動時，勢場中的抽象力會作用在移動機器人上，使得其完成對障礙物的有效避開。在人工勢場路徑規(guī)劃技術的實際應用過程中，由于結構簡單等因素的影響，移動機器人在到達終點之前可能會停留在局部最優(yōu)點位置上。對此，需要從數學的角度出發(fā)，對勢場方程進行重新定義，通過這種方式排除勢場中的局部極值，繼而保證移動機器人運動的順利進行[3]。

（3）遺傳路徑規(guī)劃技術。這種路徑規(guī)劃技術建立在自然遺傳機制等理論的基礎上。這種技術通過變異、選擇以及交叉對控制機構的正確計算程序進行合理編制，進而實現數學方式基礎上生物進化過程的合理模擬。當移動機器人的適應度函數為正數時，允許適應度函數具有不連續(xù)或不可導特點。由于這種路徑規(guī)劃技術不涉及梯度信息，因此其能夠更好地解決移動機器人在實際運動過程中遇到的問題。遺傳路徑規(guī)劃技術的應用優(yōu)勢在于，它能夠實現跟蹤與規(guī)劃的同時進行，因此，遺傳路徑規(guī)劃技術通常被應用在具有時變特點的未知環(huán)境中。

2.2 全局路徑規(guī)劃方面

在該方面，可以被應用在移動機器人中的技術主要包含以下幾種：

（1）柵格路徑規(guī)劃技術。這種技術是指，在將實際工作環(huán)境分成許多包含二值信息的網格單元的基礎上，應用優(yōu)化算法完成最佳路徑的規(guī)劃搜索。在這種規(guī)劃技術中，其網格單元通常是由八叉樹或者四叉樹的方式表示出來。在該技術的應用中，柵格的作用是完成相關環(huán)境信息的記錄。如果柵格中某位置的累計值相對較低，代表移動機器人可以從該位置通過；如果柵格中某個位置的累計值相對較高，則表示該位置存在障礙物，此時，移動機器人需要利用優(yōu)化算法將該障礙物避開[4]。

（2）可視圖路徑規(guī)劃技術。這種路徑規(guī)劃技術是指，將整個移動機器人看成一個點，然后分別將其與障礙物以及目標終點連接起來，上述連線要求為保證所連直線不會碰觸障礙物。當所有連線都連完之后，即完成了一整張可視圖。在該可視圖中，由于起點到目標終點之間的連線都不涉及障礙物，因此上述所有連線都屬于有效直線。在這種情況下，需要解決的問題主要是從這些連線中找出一條距離最短的連線。對此，需要應用優(yōu)化算法將可視圖中距離較長的連線刪除，這種處理方式能夠有效提升移動機器人的搜索時間。

（3）拓撲路徑規(guī)劃技術。這種規(guī)劃技術是指，將移動機器人的移動范圍，即規(guī)劃區(qū)域分成多個具有拓撲特征的子空間，然后利用不同子空間之間的連通性完成拓撲網絡的構建。當該網絡構建完成后，直接從網絡中找出能夠使得機器人順利從起點移動到終點的拓撲路徑，將所得的拓撲路徑作為參考依據完成幾何路徑的計算。這種規(guī)劃技術的劣勢主要表現為其拓撲網絡的構建過程較為復雜。但這種規(guī)劃技術可以實現移動機器人搜索空間的有效縮小[5]。

3　結論

路徑規(guī)劃技術主要分為局部規(guī)劃和全局規(guī)劃兩方面。這兩方面分別包含人工勢場路徑規(guī)劃技術以及神經網絡路徑規(guī)劃技術等。應用這些規(guī)劃技術之后，移動機器人可以在避開障礙物的基礎上，順利完成起點到終點最優(yōu)運行軌跡的運動。

[1]朱大奇,顏明重.移動機器人路徑規(guī)劃技術綜述[J].控制與決策,2010(07):961-967.

[2]張捍東,鄭睿,岑豫皖.移動機器人路徑規(guī)劃技術的現狀與展望[J].系統(tǒng)仿真學報,2005(02):439-443.

[3]鮑慶勇,李舜酩,沈峘,門秀花.自主移動機器人局部路徑規(guī)劃綜述[J].傳感器與微系統(tǒng),2009(09):1-4+11.

[4]孔峰,陶金,謝超平.移動機器人路徑規(guī)劃技術研究[J].廣西工學院學報,2009(04):70-74.

[5]鄔再新,李艷宏,劉濤.多移動機器人路徑規(guī)劃技術的研究現狀與展望[J].機械,2008(01):1-3+16.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.21.135

名稱：基于ARDUINO模塊化裝卸機器人的研究與開發(fā)（省教育廳 13C602 ）