基于人工势场法的移动机器人路径规划研究.pdfVIP

2011年5月 机床与液压 Mav2011 第39卷 第9期 MACHINET00L HYDRAULICS Vo1．39No．9 DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2011．09．021 基于人工势场法的移动机器人路径规划研究 杨柳，张洪，高忠国 (江南大学机械工程学院，江苏无锡 214122) 摘要：基于人工势场法的移动机器人路径规划具有 目标不可达、在障碍物前振荡、存在局部极小值等问题。通过分析 振荡现象产生的原因以及局部极小值点存在的原因，提出一种基于人工势场模型、采用量子粒子群算法来选择人工势场模 型参数的算法，从而克服人工势场法的模型缺陷，实现路径的优化。仿真结果表明，该方法能有效地提高路径规划的性 能。 关键词：移动机器人；路径规划；人工势场法；量子粒子群算法 中图分类号：TP24 文献标识码：A 文章编号：1001—3881(2011)9—068—3 PathPlanningResearch forM obileRobotBasedonArtificialPotentialField YANG Liu，ZHANG Hong，GAO Zhongguo (SchoolofMechanicalEngineering，JiangnanUniversity，WuxiJiangsu214122，China) Abstract：Totheproblemsofthegoal unreachableinpathplanningofmobilerobotwithartificialpotentialfield，oscillationin frontofabarrierandexistenceofalocalminimum pointvalue，andthroughanalyzingthecausesofoscillationandexistenceofalocal minimumpointvalue，amethodbasedonmodelofartificialpotentialfieldandselectionofparametersofpotentialfieldmodelbyQPSO wereproposed．Thedefectsofpotentialfieldmodelweresolvedandthepathwasoptimized．Simulationresultshowstheproposedmeth— odcaneffectivelyimprovetheperformanceofpathplanning． Keywords：Mobilerobot；Pathplanning；Artificialpotentialfield；QPSO 移动机器人路径规划有很多种方法，势场法是其 目标点的位置构造引力势场 和在障碍物周围构造 中之一。人工势场法…最初是由KHATIB提出的一种 斥力势场 Ur。，q为空间中的某一位姿 ，在位姿空间 虚拟力法，在移动机器人的工作环境中构造一个人工 中两个势场的复合势场 U 为： 势场，使在该势场中移动的机器人受到其 目标位置引 U ：U (q)+U (q) (1) 力场和障碍物周 围斥力场 的共同作用。该法结构简 对于空间中的每一个位姿，u 都必须是可微分 单 ，便于低层的实时控制，在实时避障和平滑的轨迹 的。那么移动机器人所受到的虚拟力为 目标位姿的吸 控制方面得到了广泛应用，但其内在的局限性为：在 引力和障碍物的斥力的合力，如下式所示 ： 相近的障碍物之间不能发现路径 ；在障碍物前可能会 F =一VU =一VU (q)一V (q) (2) 出现震荡 ；在狭窄通道中出现摆动现象；存在局部极 引力势场采用二次函