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基于分层PSO的智能车辆超车路径规划

机械设计与制造 2022年第1期371卷 88-92页

作者：尹华吴君华江苏农林职业技术学院江苏句容212400 南京林业大学江苏南京210037

针对自动驾驶智能车辆安全超车问题,提出一种基于分层优化算法的路径规划方案。该方案采用三层结构获得可行、安全的优化路径。首先,通过分析驾驶员超车操作流程,综合路况环境、车辆结构等约束条件,构建超车换道模型,进而采用三角分解... 详细信息

针对自动驾驶智能车辆安全超车问题,提出一种基于分层优化算法的路径规划方案。该方案采用三层结构获得可行、安全的优化路径。首先,通过分析驾驶员超车操作流程,综合路况环境、车辆结构等约束条件,构建超车换道模型,进而采用三角分解法构建智能车辆的可运行空间。其次,在可运行空间内,采用Dijkstras算法生成一条无碰撞路径。最后,利用超车换道模型构造优化目标函数和约束条件,通过多目标粒子群优化的方式获得最优路径,并采用Pareto优先规则提高优化算法的更新速度。利用CarSim8.10构造车辆动力和运动学模型,基于Simulink仿真平台开展实验验证。仿真结果表明,该方案能够保证智能车辆实现安全、有效地超车。该方案具有良好的可扩展性能,对于道路拥塞、路况不明朗等复杂行车条件下的安全超车提供一定的方法参考和借鉴。

关键词：智能车辆超车换道分层路径规划粒子群算法多目标优化

基于粒子群优化算法的水面无人艇分层局部路径规划

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武汉理工大学学报 2015年第7期37卷 38-45页

作者：向祖权靳超杜开君茅云生宋利飞武汉理工大学高性能船舶技术教育部重点实验室武汉430063 武汉理工大学交通学院武汉430063

基于粒子群优化算法,将无人艇的局部路径规划分为静态障碍物避障和动态障碍物避障两个层面。首先确定了粒子群优化算法中相关参数取值和适应度函数,对障碍物进行基于极坐标系下的圆形和有向包围盒建模。然后利用启发式知识对粒子进行初... 详细信息

基于粒子群优化算法,将无人艇的局部路径规划分为静态障碍物避障和动态障碍物避障两个层面。首先确定了粒子群优化算法中相关参数取值和适应度函数,对障碍物进行基于极坐标系下的圆形和有向包围盒建模。然后利用启发式知识对粒子进行初始化,加入路径平滑优化处理方法实现第1层路径规划——静态障碍物的避障。然后结合相关海事规则实现第2层路径规划——动态障碍物的避障,并通过两个层次的规划得到无人艇规避障碍物的最优路径。最后通过仿真实验验证了文中算法的可行性和有效性。

关键词：水面无人艇分层路径规划粒子群优化算法海事规则

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智能水下机器人分层全局路径规划方法研究

智能水下机器人分层全局路径规划方法研究

作者：张巧荣哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

全局路径规划是智能水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle，简称AUV)的关键技术之一，在一定程度上它标志着水下机器人智能水平的高低。本文对大范围海洋有流环境下智能水下机器人的全局路径规划技术进行了系统深入的研究，主要包... 详细信息

全局路径规划是智能水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle，简称AUV)的关键技术之一，在一定程度上它标志着水下机器人智能水平的高低。本文对大范围海洋有流环境下智能水下机器人的全局路径规划技术进行了系统深入的研究，主要包括以下几个方面的内容：本文首先介绍了机器人以及智能水下机器人的发展情况，分析了智能水下机器人的国内外的研究动态和发展趋势，详细介绍了课题的背景和主要内容。其次，介绍了几种基本的全局路径规划技术以及最新的研究动态，在分析大范围海洋环境下路径规划的复杂性以及以前的路径规划算法的缺点的基础上，给出了分层路径规划算法的基本思想。最后，本文详细介绍了分层路径规划算法的两种实现方案：基于全局模型的分层路径规划算法和基于局部模型的分层路径规划算法。包括算法的基本思想以及算法实现中的几个关键技术：区域类型的标记、起始节点和目标节点的确定、相邻节点的搜索、估计函数的选择以及失败的处理。最后，给出了算法的计算机仿真结果。

关键词：智能水下机器人（AUV）全局路径规划分层路径规划海流全局模型局部模型区域

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基于栅格地图的分层式机器人路径规划算法

中国科学院大学学报（中英文） 2013年第4期30卷 528-538,546页

作者：余翀邱其文复旦大学信息科学与工程学院上海200433 南京邮电大学自动化学院南京210046

采用分层规划的思想,给出一种基于栅格地图的最优路径规划算法.分层路径规划算法的第1层为拓扑层规划,采用Voronoi图起泡生成算法描述全局可行域的拓扑关系;第2层采用广义水平集算法,解决拓扑层的最优路径搜索问题;第3层为栅格层的路径... 详细信息

采用分层规划的思想,给出一种基于栅格地图的最优路径规划算法.分层路径规划算法的第1层为拓扑层规划,采用Voronoi图起泡生成算法描述全局可行域的拓扑关系;第2层采用广义水平集算法,解决拓扑层的最优路径搜索问题;第3层为栅格层的路径再规划.在栅格层借鉴窄带水平集的思想,通过拓宽拓扑路径,得到一个机器人安全通行的窄带区域,并在此区域实行局部快速匹配算法,改善了拓扑路径,提高了算法的效率,并提高规划的实时性.

关键词：分层路径规划栅格地图 Voronoi图起泡生成算法广义水平集算法局部快速匹配算法

考虑障碍物风险场的智能车辆避障路径分层规划方法

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北京信息科技大学学报（自然科学版） 2023年第1期38卷 24-31页

作者：刘艺童亮徐子丰陈梓宁李晓东北京信息科技大学机电工程学院北京100192

针对城市中结构化道路交通场景,采用路径决策与路径优化的分层规划方法解决智能车辆避障过程的路径规划问题。首先,避障决策层引入Frenet曲线坐标系,设计基于障碍物风险场的避障功能函数,结合动态规划算法获得参考路径及可行域范围;路... 详细信息

针对城市中结构化道路交通场景,采用路径决策与路径优化的分层规划方法解决智能车辆避障过程的路径规划问题。首先,避障决策层引入Frenet曲线坐标系,设计基于障碍物风险场的避障功能函数,结合动态规划算法获得参考路径及可行域范围;路径优化层根据安全性、平滑性及偏移度目标函数,选用二次规划算法优化出最终路径。最后,通过Matlab/Simulink与PreScan和CarSim软件进行联合仿真。结果表明,在多障碍物的直道和弯道工况下,车辆在中、低速度下均能安全避开障碍物的干扰,并沿着车道中心线行驶;与对照组相比,考虑障碍物风险场函数的规划路径更为稳定、舒适,证明了该方法的有效性。

关键词：车辆避障分层路径规划最小代价函数离散优化

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机器人行驶路径分层规划系统设计

机电工程技术 2020年第9期49卷 110-112,167页

作者：易春求孔丽丽易春回徐朋朋张静妮奥的斯机电电梯有限公司杭州310019 中国计量大学杭州310018 桂林智源电力电子有限公司广西桂林541004 滨江兄弟信息技术(杭州)有限公司杭州310052

对轮式机器人自主行驶路径规划系统进行分析,采用分层路径规划方法,搭建了由全局规划、局部规划、路径跟踪组成的三层路径规划架构。全局规划采用栅格法对已知地图进行分割,采用搜索效率高的A*算法搜索出最短无碰撞路径;局部规划是在行... 详细信息

对轮式机器人自主行驶路径规划系统进行分析,采用分层路径规划方法,搭建了由全局规划、局部规划、路径跟踪组成的三层路径规划架构。全局规划采用栅格法对已知地图进行分割,采用搜索效率高的A*算法搜索出最短无碰撞路径;局部规划是在行驶过程中,当局部范围内有静态或动态障碍物出现时,进行局部路径的重新规划,结合机器人动力学、运动学等约束条件,将RRT算法用在局部路径规划中;路径跟踪位于控制层,控制机器人行驶速度和方向,使其无差跟踪规划好的期望速度和方向。通过仿真实验和实车测试,验证了该系统的有效性和工程实用性。

关键词：轮式机器人分层路径规划全局规划局部规划路径跟踪

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遗传算法在水下机器人路径规划中的应用

微计算机信息 2006年第11Z期22卷 240-243页

作者：张巧荣张斌河南财经学院计算机科学系

提出一种分层路径规划算法来解决大范围海洋环境下的智能水下机器人(AUV)的全局路径规划问题。该算法将机器人的工作空间分层分解,并在每一层搜索路径,最终得到一条与障碍物无碰的全局路径。同时为解决算法的全局最优问题,使用遗传算法... 详细信息

提出一种分层路径规划算法来解决大范围海洋环境下的智能水下机器人(AUV)的全局路径规划问题。该算法将机器人的工作空间分层分解,并在每一层搜索路径,最终得到一条与障碍物无碰的全局路径。同时为解决算法的全局最优问题,使用遗传算法在每一层搜索路径。实践证明,该方法具有灵活、实用的特点,并能显著的节省内存空间。

关键词：智能水下机器人(AUV) 全局路径规划分层路径规划遗传算法

复杂构件智能焊接机器人激光视觉焊缝跟踪系统研究

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复杂构件智能焊接机器人激光视觉焊缝跟踪系统研究

作者：张俊华广东工业大学

学位级别：硕士

由于人工焊接的弊端,以示教型为主的焊接机器人逐渐应用于现代焊接领域。在非结构化焊接环境中,特别在船舶,集装箱和压力罐等复杂构件的焊接过程中,由于构件容易出现装卡误差和热变形等不确定因素,从而导致焊缝的实际轨迹与示教轨迹存... 详细信息

由于人工焊接的弊端,以示教型为主的焊接机器人逐渐应用于现代焊接领域。在非结构化焊接环境中,特别在船舶,集装箱和压力罐等复杂构件的焊接过程中,由于构件容易出现装卡误差和热变形等不确定因素,从而导致焊缝的实际轨迹与示教轨迹存在较大误差,而示教型焊接机器人不能根据焊缝位置的变化修正焊接轨迹,最终造成焊接效率低和质量差等问题。为此本文针对基于激光视觉的焊缝检测与跟踪系统进行研究,以实现复杂构件焊接机器人的轨迹纠偏,提高焊接效率和质量。（1）针对将像素坐标下焊缝的二维检测结果转化成机器人基坐标系下引导机器人进行轨迹纠偏的三维坐标的功能需求,本文分析了激光视觉的测量原理,并研究了跟踪系统中所涉及的相机标定,手眼标定和激光平面标定等标定算法,最后利用Halcon计算机视觉库开发相应的程序完成各部分的精准标定。（2）针对在弧光和飞溅等强干扰性下难以对焊缝进行精准实时跟踪的问题,本文提出一种将孪生网络和区域提议网络相结合的深度孪生区域提议网络跟踪算法。在初始帧中利用传统图像处理算法提取焊缝特征点,建立跟踪目标模板。在后续帧中孪生子网络提取模板帧和待检测帧的特征并输入到区域提议子网络,后者计算模板帧和待检测帧的相似性对焊缝位置进行精准的预测。在线跟踪阶段,将其作为one-shot检测任务来执行。再者,根据焊缝跟踪过程中目标偏移量小的特性,缩小输入网络的图像尺寸,进一步减少计算量。（3）针对复杂构件焊缝跟踪过程所涉及的安全、效率以及焊接方向约束等问题,本文提出一种分层跟踪路径规划方法,在利用快速扩展随机树算法实现无碰撞局部路径规划的基础上再利用改进的自适应蚁群算法进行全局路径规划以获得长度最短且同时满足方向约束的焊缝跟踪路径。（4）本文设计并搭建实际的焊接软硬件平台,对角接和V形焊缝进行焊缝视觉跟踪实验;再者,根据机器人D-H参数和构件模型参数搭建仿真环境进行焊缝跟踪路径规划实验。实验结果表明,本文焊缝跟踪平均精度为0.5mm,平均帧率为125fps,能够在强干扰下对焊缝实现稳健精准的实时跟踪,并且所规划的跟踪路径是无碰撞和满足方向约束的最短路径,能有效提高复杂构件的焊接效率和质量。

关键词：复杂构件焊缝跟踪激光视觉孪生区域提议网络分层路径规划

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多层次环境描述以及路径规划的虚拟仿真

多层次环境描述以及路径规划的虚拟仿真

作者：赵颖申哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

近些年来，用于对产品设计和工业流程验证的虚拟现实自动化模型开始用来支持越来越复杂的产品设计和工业生产流程。而在虚拟组装、拆分或生产模型中，交互式自动化路径规划能够在考虑到用户需求基础上，帮助用户在虚拟现实更好的完成指... 详细信息

近些年来，用于对产品设计和工业流程验证的虚拟现实自动化模型开始用来支持越来越复杂的产品设计和工业生产流程。而在虚拟组装、拆分或生产模型中，交互式自动化路径规划能够在考虑到用户需求基础上，帮助用户在虚拟现实更好的完成指定任务。由于实验室之前的交互式路径规划中，仅仅有几何环境信息路径规划的支持而无法处理更高层次的语义环境信息。本论文主要是通过对多层次环境信息的分析，提出了一个建立多层次环境描述的交互式路径规划虚拟仿真。本报告着重于讨论如何建立一个多层次环境描述交互式路径规划虚拟仿真来验证交互式路径规划对高层次语义信息的处理。本系统对LADEREZE提出的交互式路径规划进行了适当的缩减，保证其在功能上的完整性和正确性基础上，设计了一个简化的、更适宜处理语义层次信息的交互式路径规划。同时，本系统为了保证平台的扩展性，提出了一个独立于3D软件环境的独立环境描述。为了到达此语义交互式路径规划的目标，主要完成以下工作。1.首先，建立一个分层环境表达对不同的环境信息进行分离。其中包括语义，拓扑以及几何层次。保证信息的正确分离而便于处理。2.然后，根据环境信息层次，分层交互式路径规划处理单元可以对环境信息进行分层处理而进行路径规划。3.最后，建立分层环境和当前3D虚拟环境软件的接口。这样，可以允许独立的交互式路径规划在3D虚拟环境中运行。本交互式路径规划系统作为Simon CAILHOL研宄工作的一部分，验证在语义层次交互式路径规划的完整和正确性。为工业组装流程模型的路径规划分析建立了语义层次环境关联。此语义层次信息的分析对之前的路径规划方法做了延生，同时为之后的工业生产交互式辅助提供确认（组装，拆分，等等）。此工作将会在LGP研宄工作以及交互式辅助中继续被使用。

关键词：多层次环境模型独立环境模型交互式仿真分层路径规划语义层