基于三維環(huán)境模型的啟發(fā)式路徑規(guī)劃算法

作者：陳宏鈞，陳　偉，田　豐
（哈爾濱工業(yè)大學(xué)電氣工程系）

摘　　　要：針對(duì)多自由度機(jī)器人手臂在未知環(huán)境中實(shí)時(shí)避障的問(wèn)題，提出了一種基于環(huán)境信息的連桿機(jī)器人實(shí)時(shí)路徑規(guī)劃方法。采用笛卡爾空間內(nèi)的障礙物檢測(cè)信息建立了障礙物的空間模型，并依據(jù)該模型設(shè)計(jì)一種基于啟發(fā)式規(guī)則的機(jī)器人路徑規(guī)劃算法。該算法不斷猜測(cè)和修正路徑，通過(guò)模糊推理得到下一位姿點(diǎn)，通過(guò)曲線擬合得到到達(dá)該位姿點(diǎn)的路徑。在Ｍａｔｌａｂ下利用機(jī)器人工具箱建立了ＰＵＭＡ５６０型機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并在運(yùn)動(dòng)空間設(shè)置障礙物，對(duì)該算法進(jìn)行仿真分析，分析結(jié)果說(shuō)明所提出的路徑規(guī)劃算法可以在較短時(shí)間內(nèi)完成避障運(yùn)動(dòng)，具有較好的實(shí)時(shí)性，同時(shí)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的角度變化曲線比較平滑，運(yùn)動(dòng)中沖擊力較小，這些特點(diǎn)使其便于在實(shí)際工程中使用。

關(guān)　鍵　詞：機(jī)器人；路徑規(guī)劃；環(huán)境模型；啟發(fā)算法

１　引　言
機(jī)器人路徑規(guī)劃是根據(jù)要達(dá)到的目標(biāo)姿態(tài)及周圍障礙物信息，控制機(jī)器人避開障礙物達(dá)到目標(biāo)姿態(tài)。路徑規(guī)劃主要包括全局規(guī)劃和局部規(guī)劃兩類方法。全局規(guī)劃是在Ｗ�保弄保龋铮鳎洌澹钐岢龅臇鸥穹ǎ郏保莼�礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)，此方法要知道完整的環(huán)境信息，應(yīng)用范圍有限。局部路徑規(guī)劃包括障礙物模型映射到結(jié)構(gòu)空間的Ｃ�玻螅穑幔悖宸椒ê徒�立人工勢(shì)場(chǎng)２種方法。但它們都存在一定的問(wèn)題，由Ｌａｔｏｍｂｅ首先提出的Ｃ�玻螅穑幔悖宸椒ǎ郏玻蓦S著關(guān)節(jié)連桿個(gè)數(shù)的增加復(fù)雜
度成幾何級(jí)數(shù)上升［３］，ＶｌａｄｉｍｉｒＬｕｍｅｌｓｋｙ將該理論應(yīng)用于多自由度機(jī)器人ＰＵＭＡ５６０，并取得很好的控制效果，但仍存在關(guān)節(jié)個(gè)數(shù)增加后控制算法極度復(fù)雜的問(wèn)題［４］。由Ｋｈａｔｉｂ提出的人工勢(shì)場(chǎng)計(jì)算量小，實(shí)時(shí)性好且產(chǎn)生的路徑比較平滑，但會(huì)陷入局部平衡點(diǎn)而停止運(yùn)動(dòng)［５］。現(xiàn)代機(jī)器人路徑規(guī)劃思想集中于對(duì)智能控制方法的研究，尤其是基于模糊控制規(guī)則的路徑規(guī)劃越來(lái)越受到重視，陸續(xù)提出了直接基于傳感器信息和環(huán)境模型的路徑規(guī)劃思想［６�玻罚�，但是問(wèn)題在于隨著障礙物數(shù)量和關(guān)節(jié)個(gè)數(shù)的增加，出現(xiàn)模糊決策規(guī)則爆炸的問(wèn)題。本文討論了一種基于環(huán)境信息的實(shí)時(shí)路徑規(guī)劃方法，根據(jù)傳感器獲得的環(huán)境信息在三維空間中直接建立障礙物模型，并應(yīng)用啟發(fā)式的算法，即采用基于模糊決策的猜測(cè)�残拚�式的控制規(guī)則，在含有多個(gè)障礙物的路徑規(guī)劃問(wèn)題上，有較好效果。

登錄網(wǎng)站后可下載文件

相關(guān)閱讀:

• ...2015/01/29 14:18·基于三次樣條插值的亞像素邊緣檢測(cè)方法