基于改进人工势场算法的煤矿井下机器人路径规划

作     者：薛光辉 王梓杰 王一凡 李亚男 刘文海 XUE Guanghui;WANG Zijie;WANG Yifan;LI Yanan;LIU Wenhai

作者机构：中国矿业大学(北京)机械与电气工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)煤矿智能化与机器人创新应用应急管理部重点实验室北京100083 

出 版 物：《工矿自动化》 (Journal Of Mine Automation)

年 卷 期：2024年第50卷第5期

页      面：6-13页

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金项目面上项目(51874308) 国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2014CB046306) 

主　　题：煤矿机器人 路径规划 人工势场法 目标不可达 路径振荡 斥力势场修正 转角限制系数 

摘      要：路径规划是煤矿机器人在煤矿井下狭小巷道空间中应用亟待解决的关键技术之一。针对传统人工势场(APF)算法在狭小巷道环境中规划出的路径可能离巷道边界过近,以及在障碍物附近易出现目标不可达和路径振荡等问题,提出了一种基于改进APF算法的煤矿机器人路径规划方法。参考《煤矿安全规程》有关规定建立了巷道两帮边界势场,将机器人行驶路径尽量规划在巷道中间,以提高机器人行驶安全性;在障碍物斥力势场中引入调节因子,以解决目标不可达问题;引入转角限制系数以平滑规划出的路径,减少振荡,提高规划效率,保证规划路径的安全性。仿真结果表明:当目标点离障碍物很近时,改进APF算法可成功规划出能够抵达目标点的路径;改进APF算法规划周期数较传统算法平均减少了14.48%,转向角度变化累计值平均减少了87.41%,曲率绝对值之和平均减少了78.09%,表明改进APF算法规划的路径更加平滑,路径长度更短,规划效率和安全性更高。