基于混合势场法的移动机器人路径规划 - 计算机应用研究.PDF

第２９卷第７期 计 算 机 应 用 研 究 Ｖｏｌ．２９Ｎｏ．７ ２０１２年７月　 ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒｓ Ｊｕｌ．２０１２ 基于混合势场法的移动机器人路径规划 王　梅，王叶婷，屠大维，江济良，张国栋 （上海大学机电工程与自动化学院，上海２０００７２） 摘　要：针对目前移动机器人在路径规划中出现的问题，提出一种自主移动机器人路径规划的新方法———混合 势场法。分析了人工势场法的不足，找出局部极小值点的形成原因；针对人工势场法中障碍物附近目标不可达 问题，采用了在斥力场函数中加入斥力因子，使得机器人顺利到达目标点；针对陷入局部极小值和振荡的问题， 提出了混合势场法，通过将势场法和可视图法结合起来，使得机器人走出局部极小值和振荡区域。最后，将混合 势场法应用于室内移动机器人的路径规划中，仿真实验证明了该方法的有效性。 关键词：移动机器人；路径规划；混合势场法 中图分类号：ＴＰ２４２　　　文献标志码：Ａ　　　文章编号：１００１３６９５（２０１２）０７２４４７０３ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１３６９５．２０１２．０７．０１２ Ｐａｔｈｐｌａｎｎｉｎｇｏｆｍｏｂｉｌｅｒｏｂｏｔｂａｓｅｄｏｎｃｏｍｐｏｕｎｄｐｏｔｅｎｔｉａｌｆｉｅｌｄｍｅｔｈｏｄ ＷＡＮＧＭｅｉ，ＷＡＮＧＹｅｔｉｎｇ，ＴＵＤａｗｅｉ，ＪＩＡＮＧＪｉｌｉａｎｇ，ＺＨＡＮＧＧｕｏｄｏｎｇ （ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００７２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｅｘｉｓｔｉｎｇｉｎｔｈｅｐａｔｈｐｌａｎｎｉｎｇｏｆｍｏｂｉｌｅｒｏｂｏｔ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｄａｐａｔｈｐｌａｎｎｉｎｇｂａｓｅｄｏｎ ｃｏｍｐｏｕｎｄｐｏｔｅｎｔｉａｌｆｉｅｌｄｍｅｔｈｏｄ（ＣＰＦＭ）ｆｏｒａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｍｏｂｉｌｅｒｏｂｏｔ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｓｈｏｒｔａｇｅｓｏｆａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｐｏｔｅｎｔｉａｌｆｉｅｌｄｉｎｄｅｔａｉｌ，ｗｈｉｃｈｗｏｕｌｄｌｅａｄｔｏｔｈｅｌｏｃａｌｍｉｎｉｍｕｍｐｏｉｎｔ．Ｔｈｅｎｉｔａｐｐｌｉｅｄｒｅｐｕｌｓｉｖｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｆｉｅｌｄｆｕｎｃｔｉｏｎｗｉｔｈ ａｄｄｉｔｉｏｎａｌｒｅｐｕｌｓｉｏｎｆａｃｔｏｒｔｏｄｅａｌｗｉｔｈｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍ，ｗｈｉｃｈｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｏｂｓｔａｃｌｅｓｉｎｔｈｅｖｉｃｉｎｉｔｙｏｆｔｈｅｔａｒｇｅｔ ａｎｄｍａｄｅｔｈｅｔａｒｇｅｔｐｏｉｎｔｕｎｒｅａｃｈａｂｌｅ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｖｅｌｏｐｅｄａｎｅｗｃｏｍｐｏｕｎｄｐｏｔｅｎｔｉａｌｆｉｅｌｄｍｅｔｈｏｄ，ｂｙｃｏｍｂｉ ｎｉｎｇｔｈｅａｒｔｉｆｉｃｉａｌｐｏｔｅｎｔｉａｌｆｉｅｌｄａｎｄｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙｇｒａｐｈｍｅｔｈｏｄ，ｔｏｈｅｌｐｔｈｅｒｏｂｏｔｅｓｃａｐｅｆｒｏｍｔｈｅｌｏｃａｌｍｉｎｉｍｕｍｐｏｉｎｔｏｒｔｈｅｖｉ ｂｒａｔｉｏｎａｒｅａ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｖｅｒｉｆｉｅｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓａｎｄｇｏｏｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅＣＰＦＭｂｙｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｏｆｐａｔｈｐｌａｎｎｉｎｇｆｏｒｉｎ ｄｏｏｒｍｏｂｉｌｅｒｏｂｏｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｏｂｉｌｅｒｏｂｏｔ；ｐａｔｈｐｌａｎｎｉｎｇ；ｃｏｍｐｏｕｎｄｐｏｔｅｎｔｉａｌｆｉｅｌｄｍｅｔｈｏｄ（ＣＰＦＭ） ［１］ 　　路径规划是自主移动机器人 需要解决的核心问题之 场作用下先向引导点运动，使机器人走出陷阱区域。王肖青等 一，近年