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基于改进人工势场算法的煤矿井下机器人路径规划

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工矿自动化 2024年第5期50卷 6-13页

作者：薛光辉王梓杰王一凡李亚男刘文海中国矿业大学(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

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... 详细信息

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。

关键词：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

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基于改进人工势场法的医疗配送机器人路径规划

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计算机应用研究 2024年第3期41卷 842-847页

作者：刘澳霄周永录刘宏杰云南大学信息学院昆明650500

随着科技的高速发展和近几年新冠疫情的影响,医疗配送机器人开始逐步出现在各大医疗机构中,然而传统医疗配送机器人在使用人工势场算法进行路径规划时存在局部最优解和目标不可达问题。因此,针对局部最优解问题,提出了设计虚拟目标点的... 详细信息

随着科技的高速发展和近几年新冠疫情的影响,医疗配送机器人开始逐步出现在各大医疗机构中,然而传统医疗配送机器人在使用人工势场算法进行路径规划时存在局部最优解和目标不可达问题。因此,针对局部最优解问题,提出了设计虚拟目标点的方法,将机器人从局部最优状态解救出来;针对目标不可达问题,在障碍物斥力势场函数中引入了目标距离函数对障碍物斥力进行限制,从而解决目标不可达问题。最后将该方法在多种复杂环境中与传统算法进行比较验证,实验结果表明,该改进算法能够解决传统算法存在的局部最优解和目标不可达问题,在算法效率上也提高了5%~9%,并且能够有效运用于实际场景。

关键词：路径规划人工势场法医疗配送机器人局部最优目标不可达

基于改进虚拟弹簧模型的无人机路径规划算法研究

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航空工程进展 2024年

作者：肖蘅张汇周文穆震杰国防科技大学系统工程学院昆明理工大学民航与航空学院

无人机的路径规划问题以及虚拟弹簧模型（VSM）在路径规划过程中存在目标不可达和狭窄通道易振荡问题，在虚拟弹簧模型的基础上，提出一种改进虚拟弹簧模型的无人机路径规划算法。首先，建立无人机与障碍物的排斥力公式以及无人机与目... 详细信息

无人机的路径规划问题以及虚拟弹簧模型（VSM）在路径规划过程中存在目标不可达和狭窄通道易振荡问题，在虚拟弹簧模型的基础上，提出一种改进虚拟弹簧模型的无人机路径规划算法。首先，建立无人机与障碍物的排斥力公式以及无人机与目标点的牵引公式，完成无人机的局部路径规划；其次，在虚拟弹簧模型中引入边界力概念，解决无人机狭窄通道易振荡及目标不可达的问题；最后，结合仿真实验对所提算法的有效性进行验证。结果表明：相较于传统虚拟弹簧模型和改进虚拟弹簧模型，本文提出的无人机路径算法在狭窄通道环境下进行无人机路径规划所形成的路径更加平滑，在目标不可达情况下能够使无人机顺利到达目标点，能够在相对复杂的环境中对无人机路径进行规划。

关键词：路径规划无人机虚拟弹簧模型边界力目标不可达狭窄通道

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基于改进人工势场法的通用航空路径规划

航空计算技术 2024年第2期54卷 37-40,46页

作者：杨昌其陈旭辉李君皓周浩敏中国民用航空飞行学院四川广汉618000 北京首都机场集团北京101000

通用航空飞机在飞行过程除了要面对障碍物和天气系统的威胁,同时也受到飞行空域的限制,往往飞机只能在一块固定的空域或狭小的飞行走廊内飞行,一旦飞出限制空域,则有可能引发飞行冲突,甚至发生严重的安全事故。针对这些问题,在人工势场... 详细信息

通用航空飞机在飞行过程除了要面对障碍物和天气系统的威胁,同时也受到飞行空域的限制,往往飞机只能在一块固定的空域或狭小的飞行走廊内飞行,一旦飞出限制空域,则有可能引发飞行冲突,甚至发生严重的安全事故。针对这些问题,在人工势场法斥力势场函数中添加航空器和目标点之间的相对距离函数,首先解决传统人工势场法存在的目标不可达问题和局部极小点问题,然后在算法中加入航路边界斥力影响因子,使飞机避障后在边界斥力的作用下重回航路中心。经过MATLAB仿真验证,试验结果表明,改进后的人工势场法能够实现主动避障和飞机航迹的规划。

关键词：人工势场法航路边界斥力相对距离函数目标不可达局部极小点

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基于改进人工势场的无人机动态避障路径规划

兵器装备工程学报 2021年第9期42卷 170-176页

作者：丛玉华赵宗豪邢长达王志胜南京理工大学紫金学院南京210023 南京航空航天大学自动化学院南京211106 南京航空航天大学深圳研究院广东深圳518063

对人工势场法进行改进,通过设置探测窗口判断是否存在狭窄通道,如存在则激活衰减函数,进而调整斥力场系数,消除狭窄通道处轨迹振荡现象;通过设置无人机与目标点距离因子调整斥力场系数,当靠近目标点时,减小斥力系数从而减小斥力,解决目... 详细信息

对人工势场法进行改进,通过设置探测窗口判断是否存在狭窄通道,如存在则激活衰减函数,进而调整斥力场系数,消除狭窄通道处轨迹振荡现象;通过设置无人机与目标点距离因子调整斥力场系数,当靠近目标点时,减小斥力系数从而减小斥力,解决目标与障碍物距离很近时目标点不可达问题。仿真验证了算法改进后,在保证路径规划效果的基础上解决了轨迹振荡和目标不可达问题。

关键词：无人机动态避障路径规划人工势场轨迹振荡目标不可达

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基于人工势场法的AUV避障算法研究综述

计算机工程与应用 2020年第4期56卷 16-23页

作者：郭银景刘琦鲍建康徐锋吕文红山东科技大学电子信息工程学院山东青岛266590 青岛智海牧洋有限公司山东青岛266590 山东科技大学电气与自动化工程学院山东青岛266590 山东科技大学交通学院山东青岛266590

简述了人工势场法的概念,分析了人工势场法的引力和斥力势场模型,指出了人工势场法在应用中存在的水下复杂环境问题、目标不可达问题、局部极小值问题;从考虑复杂障碍物因素和海流因素两方面阐述了水下复杂环境问题的研究现状,从对势场... 详细信息

简述了人工势场法的概念,分析了人工势场法的引力和斥力势场模型,指出了人工势场法在应用中存在的水下复杂环境问题、目标不可达问题、局部极小值问题;从考虑复杂障碍物因素和海流因素两方面阐述了水下复杂环境问题的研究现状,从对势场函数进行重新定义或对斥力势场函数进行修正两方面阐述了目标不可达问题的研究现状,从设置虚拟引导点等方面阐述了局部极小值问题的研究现状,并且阐述了几种组合避障算法的研究现状;从构造更完善的势场函数模型、考虑复杂海流因素影响、算法融合以及在算法中加入路径评价机制等方面对人工势场法未来的发展方向进行了展望。

关键词：自主水下潜航器人工势场法海流目标不可达局部极小值

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改进人工势场法机器人避障路径规划研究

计算机仿真 2023年第9期40卷 431-436,442页

作者：高飞翔郝万君吴宇孙诚苏州科技大学电子与信息工程学院江苏苏州215009 苏州科技大学物理科学与技术学院江苏苏州215009

针对机器人在复杂地形中采用传统人工势场法(Traditional Artificial Potential Field, TAPF)进行路径规划时会出现合力平衡导致目标不可达问题,提出改进传统斥力场函数,引入机器人与障碍物动态距离参数及调节因子系数解决目标不可达;... 详细信息

针对机器人在复杂地形中采用传统人工势场法(Traditional Artificial Potential Field, TAPF)进行路径规划时会出现合力平衡导致目标不可达问题,提出改进传统斥力场函数,引入机器人与障碍物动态距离参数及调节因子系数解决目标不可达;针对遇到L形等复杂型障碍物出现振荡,易陷入局部最小值的问题,提出自适应切线偏转角法以最远距离障碍物为参照物在其另一侧引入虚拟障碍点提供额外斥力解决机器人因振荡易陷入局部最小值。通过MATLAB对改进算法进行仿真表明,改进后的APF法能够较好的解决目标不可达及易陷入局部极小值问题,同时,改进后的APF算法较基本APF算法而言,在时间和路径平滑度方面均有了明显的提升并进行了实物论证,从仿真和实际两个角度验证本文算法的有效性。

关键词：路径规划目标不可达自适应切线偏转角虚拟障碍点

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改进人工势场法的移动机器人路径规划研究

重庆理工大学学报（自然科学） 2023年第11期37卷 247-256页

作者：倪建云杜合磊谷海青李浩吴杰薛晨阳天津市复杂系统控制理论与应用重点实验室天津300384 天津理工大学电气工程与自动化学院天津300384

针对传统人工势场法存在目标不可达和局部极小值问题,提出一种改进的人工势场法。首先,改进斥力场函数解决目标不可达问题;其次,提出一种椭圆形目标策略,通过设置虚拟目标点引导机器人逃离局部极小值,在此基础上提出一种椭圆形跟踪策略... 详细信息

针对传统人工势场法存在目标不可达和局部极小值问题,提出一种改进的人工势场法。首先,改进斥力场函数解决目标不可达问题;其次,提出一种椭圆形目标策略,通过设置虚拟目标点引导机器人逃离局部极小值,在此基础上提出一种椭圆形跟踪策略,通过跟踪部分既定椭圆形到达虚拟目标点来逃离局部极小值;最后,为了满足机器人速度与加速度连续性的要求,采用3次均匀B样条曲线对规划出的路径进行拟合处理。实验结果表明,改进人工势场能够有效解决传统人工势场存在的问题,椭圆形跟踪策略在路径长度上比椭圆形目标策略更短,且经样条曲线处理后的路径比原路径平滑。

关键词：人工势场目标不可达局部极小值椭圆形目标策略椭圆形跟踪策略 B样条曲线

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改进势场蚁群法的机器人避障及路径规划

电光与控制 2019年第11期26卷 75-79页

作者：任彦赵海波肖永健内蒙古科技大学信息工程学院内蒙古包头014010 华电内蒙古能源有限公司土默特发电分公司设备维护部内蒙古包头014100

针对传统蚁群算法机器人在路径规划过程中出现收敛速度缓慢和陷入局部最优的问题,将蚁群算法与加入虚拟牵引力和快速函数的人工势场法相结合,引入势场合力作为蚂蚁搜索路径点的部分启发信息,使结合后的算法具有较高的全局搜索能力,避免... 详细信息

针对传统蚁群算法机器人在路径规划过程中出现收敛速度缓慢和陷入局部最优的问题,将蚁群算法与加入虚拟牵引力和快速函数的人工势场法相结合,引入势场合力作为蚂蚁搜索路径点的部分启发信息,使结合后的算法具有较高的全局搜索能力,避免了传统蚁群算法由于启发信息误导所致的局部最优问题,同时提高了收敛速度。为了验证此方法的有效性,用Matlab软件进行仿真实验,结果表明机器人运动轨迹平滑,接近最优路径。

关键词：路径规划人工势场目标不可达移动机器人蚁群算法