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一种改进人工势场的矿车避障路径规划方法

能源与环保 2024年第5期46卷 196-201页

作者：夏静慧肖战定霍亚超马永强焦作千业水泥有限责任公司河南焦作454000 河南理工大学河南焦作454000

为克服传统人工势场算法以局部最优解为目标造成路径规划中路径偏离过于频繁的问题,提出了基于改进人工势场算法的动态避障路径规划方法。该方法通过格栅图法无人驾驶矿车行进路线和环境进行建模,进而形成连接了起始点和目标点的网格图... 详细信息

为克服传统人工势场算法以局部最优解为目标造成路径规划中路径偏离过于频繁的问题,提出了基于改进人工势场算法的动态避障路径规划方法。该方法通过格栅图法无人驾驶矿车行进路线和环境进行建模,进而形成连接了起始点和目标点的网格图。针对障碍规避问题,根据矿区路径特点建立引力势场、斥力势场以及综合势场模型,模型中改进了人工势场函数,并对势场作用区域进行优化,构建强化远距点斥力为主的综合势场模型。考虑到矿山的山地场景环境比较单一,改进算法通过仿真实验模拟道路的方式对搜索路径进行限制,使无人驾驶矿车在既定限制空间内搜索最佳路径。仿真结果表明,路径规划算法能较大程度避免轨迹偏离以及局部震荡问题,改善了矿车行进效率。

关键词：改进人工势场算法无人驾驶路径规划模拟道路

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一种改进的SA-APF路径规划算法

自动化技术与应用 2024年第7期43卷 12-16页

作者：王远浩温秀平金承珂陈卓南京工程学院自动化学院江苏南京211167

针对基于模拟退火的人工势场算法存在局部最小值问题,引入一种随机逃逸力,提出一种改进的SA-APF(Simulated Annealing-Artificial Potential Field)算法,可使机器人快速逃离局部最优解。针对算法中仍存在目标不可达问题,根据模糊控制方... 详细信息

针对基于模拟退火的人工势场算法存在局部最小值问题,引入一种随机逃逸力,提出一种改进的SA-APF(Simulated Annealing-Artificial Potential Field)算法,可使机器人快速逃离局部最优解。针对算法中仍存在目标不可达问题,根据模糊控制方法提出一种自适应斥力势场增益系数,在机器人遇到目标点附近有对称排列的障碍物时,使机器人能够到达目标点,并采用4次贝赛尔曲线拟合,使路径更光滑。仿真结果表明,在简单和复杂的障碍物的实验条件下,改进后的算法可以准确、高效地完成路径规划。

关键词：路径规划改进人工势场算法随机逃逸力模糊控制自适应斥力势场增益系数贝塞尔曲线

基于混合蛙跳算法优化人工势场的路径规划方法研究

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河南理工大学学报（自然科学版） 2018年第5期37卷 105-110页

作者：陈春朝李恒宇罗均河南理工大学机械与动力工程学院河南焦作454000 上海大学机电工程与自动化学院上海200072

针对传统人工势场在路径规划时易陷入局部极小、目标不可达和狭窄通道左右摆动的问题,提出了一种改进人工势场算法。该改进算法将目标距离引入斥力函数解决目标不可达问题:将斥力分解为由障碍指向机器人的分量和垂直于机器人与障碍连线... 详细信息

针对传统人工势场在路径规划时易陷入局部极小、目标不可达和狭窄通道左右摆动的问题,提出了一种改进人工势场算法。该改进算法将目标距离引入斥力函数解决目标不可达问题:将斥力分解为由障碍指向机器人的分量和垂直于机器人与障碍连线的分量,分别用于阻止机器人接近障碍和引导机器人离开障碍。针对蛙跳算法迭代速度慢的问题,提出了改进混合蛙跳算法来提高蛙跳算法的进化速度和精度,并用于优化人工势场的参数以提高路径规划性能。仿真试验验证了所提出算法的有效性。

关键词：改进人工势场算法斥力函数改进混合蛙跳算法路径规划

基于改进人工势场法的船舶路径规划与跟踪控制

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哈尔滨工程大学学报 2022年第10期43卷 1414-1423页

作者：宁君马昊冉李铁山大连海事大学航海学院辽宁大连116026 电子科技大学自动化工程学院四川成都611730

为了研究船舶可以从起始位置按预先规划好的航线准确且安全地自动抵达目的地的问题,本文提出了基于改进人工势场法的船舶路径规划与跟踪控制方法。采用模拟退火算法优化传统人工势场法的斥力函数,有效解决了传统人工势场法目标不可达和... 详细信息

为了研究船舶可以从起始位置按预先规划好的航线准确且安全地自动抵达目的地的问题,本文提出了基于改进人工势场法的船舶路径规划与跟踪控制方法。采用模拟退火算法优化传统人工势场法的斥力函数,有效解决了传统人工势场法目标不可达和容易陷入局部极小值的缺陷。将规划的优化路径作为船舶运动控制系统的期望输入,基于内外环控制思想设计船舶运动学跟踪控制率,较好地解决了欠驱动船舶路径跟踪问题。在船舶动力学子系统中,利用神经网络逼近动力学子系统中的未建模动态及外部干扰,所设计的神经网络滑模跟踪控制器能够有效跟踪运动学子系统的引导率信号,同时解决了传统人工势场法在进行路径规划时不能统筹考虑外界通航环境干扰的缺陷。仿真实验验证了本文所提出的基于改进人工势场算法的船舶路径规划与跟踪控制的有效性。

关键词：欠驱动船舶路径规划跟踪控制模拟退火改进人工势场算法内外环控制神经网络滑模控制

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移动机器人改进人工势场的路径规划方法研究

现代电子技术 2020年第7期43卷 141-145页

作者：杨凯龙佳马雪燕余中政东部战区总医院博士后工作站江苏南京210000 陆军航空兵学院航空机械系北京101123

针对传统人工势场法进行移动机器人路径规划过程中常出现目标不可达、局部极小值等问题,提出一种改进人工势场的移动机器人路径规划新方法。将移动机器人和目标点之间的欧氏距离融入到斥力函数中,并将障碍物产生的斥力分解为两个不同方... 详细信息

针对传统人工势场法进行移动机器人路径规划过程中常出现目标不可达、局部极小值等问题,提出一种改进人工势场的移动机器人路径规划新方法。将移动机器人和目标点之间的欧氏距离融入到斥力函数中,并将障碍物产生的斥力分解为两个不同方向的斥力分量,引导移动机器人到达目标点;根据移动机器人的位置、障碍物的最大影响距离以及移动机器人与目标点之间的欧氏距离建立数学关系,寻找虚拟目标点,以解决移动机器人在移动过程中受到的合力为零时出现的局部极小值问题。仿真及实验结果表明,改进人工势场算法能够使移动机器人顺利绕过障碍物到达目标点。

关键词：移动机器人路径规划改进人工势场算法斥力函数局部极小值虚拟目标点

基于改进人工势场法的放牧路径规划方法研究——以苏尼特草原为例

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内蒙古科技大学学报 2022年第4期41卷 360-366页

作者：王雨洋周李涌杜永兴李宝山弓彦章内蒙古科技大学信息工程学院内蒙古包头014000 内蒙古自治区纪检监察大数据实验室包头大数据研发应用中心内蒙古包头014000

实验采用一种基于改进人工势场法的放牧路径规划方案,首先通过构建不同斥力函数对不同程度过牧等级的草原区域进行区别避障,之后分别引入A星算法和RRT算法与人工势场法结合;结果表明:人工势场法结合RRT算法效率较低,且有寻路失败的可能... 详细信息

实验采用一种基于改进人工势场法的放牧路径规划方案,首先通过构建不同斥力函数对不同程度过牧等级的草原区域进行区别避障,之后分别引入A星算法和RRT算法与人工势场法结合;结果表明:人工势场法结合RRT算法效率较低,且有寻路失败的可能性;而人工势场法结合A星算法有较大的优势,说明利用人工势场法结合A星算法可以有效避开过度放牧区域,合理规划放牧路径,提高放牧效率并节省劳动力,可促进草原生态恢复保持生态平衡.

关键词：改进人工势场算法苏尼特草原过度放牧等级放牧路径规划

仓储物流系统中AGV路径优化模型的设计与实现

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仓储物流系统中AGV路径优化模型的设计与实现

作者：李钧泽中国科学院大学(中国科学院沈阳计算技术研究所)

学位级别：硕士

近年来随着电商行业的蓬勃发展,传统仓储物流系统的分拣与配送效率无法满足要求,现代化的智能仓储物流应运而生。作为智能仓储系统的基石,AGV智能车的路径模型优化问题,正成为限制智能仓储系统发展的重要阻碍。本文拟以人工势场算法模... 详细信息

近年来随着电商行业的蓬勃发展,传统仓储物流系统的分拣与配送效率无法满足要求,现代化的智能仓储物流应运而生。作为智能仓储系统的基石,AGV智能车的路径模型优化问题,正成为限制智能仓储系统发展的重要阻碍。本文拟以人工势场算法模型为基础,通过对其优化与改进设计出了一种新型的改进人工势场算法模型,提高了原算法模型的成功率与效率。本文以人工势场算法模型无法成功执行路径规划任务的缺陷场景出发,提出了改进人工势场算法模型的三个优化方向。在此基础上,通过对算法模型中的引力模型、斥力模型、合力模型的阐述,详细介绍了改进人工势场算法模型的基本原理,并从理论角度论述了改进人工势场算法模型的有效性、进步性与创新性。其后,我们设计了三组仿真实验。第一组实验,在多场景下使用改进人工势场算法模型进行了路径规划,实验结果显示本算法模型可在各场景下顺利完成规划任务,验证了改进人工势场算法模型的有效性。第二组实验,在多场景下使用本文改进算法模型与传统人工势场算法模型进行了路径规划对比实验,实验结果显示使用本文改进算法模型的路径规划成功率明显高于传统算法模型,验证了本文改进人工势场算法模型的进步性。第三组实验,在多场景下使用本文改进算法模型与主流改进算法模型进行了路径规划对比实验,实验结果显示,本文改进算法模型与主流改进算法模型相比,轨迹长度更短,执行效率更高,验证了本文改进人工势场算法模型的创新性。最后,本文将改进人工势场算法模型嵌入到了智能AGV管理系统中的寻径模块,并以一个仓库订单处理的过程为例,介绍了改进人工势场算法模型在智能AGV管理系统中的实现流程与原理,证明了改进人工势场算法模型具有实际应用价值。

关键词：改进人工势场算法人工势场算法路径规划

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园区内智能车辆局部路径规划与跟随控制研究

园区内智能车辆局部路径规划与跟随控制研究

作者：倪璇安徽工程大学

学位级别：硕士

随着人工智能和各种先进传感器的发展,智能车辆正逐步走向公众视野。在所有交通事故中,驾驶员操作问题占比最大,智能驾驶可以使人们从复杂的驾驶环境中解脱出来,提高驾驶安全性。因此,世界上大多数国家都将研究重点转向了智能驾驶,而精... 详细信息

随着人工智能和各种先进传感器的发展,智能车辆正逐步走向公众视野。在所有交通事故中,驾驶员操作问题占比最大,智能驾驶可以使人们从复杂的驾驶环境中解脱出来,提高驾驶安全性。因此,世界上大多数国家都将研究重点转向了智能驾驶,而精确的路径规划和精确的路径跟踪是研究高级智能驾驶的基础。本文针对智能车辆在园区路况下的行驶问题,解决了智能车辆的局部路径规划失败与跟随控制精确度差等问题。为保证实验的安全性,选择了较为宽敞的园区作为实验环境。研究内容具体包括以下几个部分:（1）建立了车辆的数学模型,提出了两种改进的人工势场算法。为了提高路径规划和跟随控制的精度,建立了车辆的数学模型。在局部路径规划研究中,传统人工势场法易出现局部极小值,导致智能车辆在局部极小点处振荡或停止,针对此问题,提出了两种改进的人工势场算法。第一种右转人工势场法,右转人工势场法可以迫使智能车辆在处于局部最小点时右转,并跳出局部最小点。第二种是基于模拟退火法的人工势场法,当智能汽车处于局部极小点时,随机选择局部极小点附近的一个点,并以概率接受它作为下一个点。利用模拟退火方法本身的研究概率跳出最小点,提高收敛速度。（2）为了提高控制精度,提出了一种基于改进MPC和混合PID控制的路径方法。由于传统的单路径跟踪控制算法不能准确跟踪路径,纵向速度控制较差,为了保证智能车辆能够按照路径规划层规划的路径行驶,即准确跟踪路径,智能车辆的横向和纵向采用分层控制,横向采用模型预测控制器,纵向采用混合PID控制器。在横向控制中,增加了前轮的偏转限制,引入了松弛因子,保证了侧向控制的稳定性。在纵向控制中,传统的PID控制器采用固定的P、I和D值,不能保证纵向控制的鲁棒性。本文根据不同的路面条件设计了混合PID控制器,保证了智能车辆纵向控制的准确性和稳定性。（3）仿真实验与实车实验。为了验证所提出的改进人工势场算法和基于模型预测控制和混合PID的控制算法的可行性和鲁棒性,利用Matlab/Simulink和Car Sim建立了联合仿真平台。在园区试验场地进行了不同车速和路况下的实车试验,提高了理论和仿真的可靠性。本文提出的轨迹规划算法和轨迹控制算法具有良好的效果和较强的鲁棒性。

关键词：智能车辆局部路径规划改进人工势场算法模型预测控制横纵向分层控制

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面向岛礁观测的无人水面艇路径规划方法研究

面向岛礁观测的无人水面艇路径规划方法研究

作者：王宇沈阳工业大学

学位级别：硕士

岛礁生态系统的自然复原力低,环境脆弱,一旦受到破坏就很难恢复。无人水面艇(Unmanned Surface Vehicle,USV)能够长期、准确地观测岛礁环境,是保护岛礁生态系统的有力措施。然而受存在潮位变化的岛礁特殊地理环境影响,大多数用于岛礁观... 详细信息

岛礁生态系统的自然复原力低,环境脆弱,一旦受到破坏就很难恢复。无人水面艇(Unmanned Surface Vehicle,USV)能够长期、准确地观测岛礁环境,是保护岛礁生态系统的有力措施。然而受存在潮位变化的岛礁特殊地理环境影响,大多数用于岛礁观测任务的USV仍需人工设定搜索路径。开展面向受潮汐影响的岛礁观测USV路径规划算法研究,对岛礁长期规划和可持续发展至关重要。首先,本文构建用于USV路径规划的岛礁潮汐环境地图。针对大尺度环境下近岛观测,普通环境建模方法难以实现建模精度与地图栅格数量相协调问题,采用了变尺度栅格地图模型建立方法。该方法依据岛礁水深数据,对USV禁航区、风险区、安全区设置不同的栅格尺度,并依据潮位变化数据,建立随时间变化的岛礁潮汐环境地图。实验结果表明,变尺度栅格地图模型能够在保证风险区地图精度的前提下,大幅度降低地图栅格数量。其次,本文采用区域分割法分解具有强时空耦合效应的岛礁观测路径,改进了蚁群算法求解岛礁观测次序,以实现对岛礁观测任务的全局路径规划。针对潮汐环境下岛礁观测作业任务中因任务访问顺序、任务区域出入口点选择及潮汐动态变化之间的强时空耦合效应,难以直接求解,建立了区域分割法进行问题分解,该方法将环绕岛礁的待观测区域从时间和空间角度离散为一组环绕岛礁的路径节点;针对蚁群算法在岛礁观测任务中易于陷入局部最优及规划的路径出现路径交叉和重复观测问题,将出入点选择概率纳入状态转移规则,并依据岛礁内点空间特性设计局部优化策略,以实现岛礁观测路径求解。实验结果表明,改进蚁群算法选择出入点位置更优且能够适应潮汐变化。最后,本文提出改进人工势场算法,以实现对岛礁观测任务的局部路径规划。针对人工势场算法在岛礁环境局部路径规划过程中忽略了岛礁凹型区域内可行路径的问题,结合岛礁安全水深边界轮廓,构建岛礁势场力,提高了岛礁凹型区域观测面积;针对现有人工势场算法解决局部极小值问题时未考虑解的连续性,造成局部极小值处路径震荡、路径角度骤变,以至于难以满足USV运动约束的问题,通过增设修正力提前规避局部极小值,提高了路径平滑性。实验结果验证了算法的有效性。

关键词： USV 路径规划改进蚁群算法改进人工势场算法潮汐环境