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基于势场法的无人车局部动态避障路径规划算法

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北京理工大学学报 2022年第7期42卷 696-705页

作者：翟丽张雪莹张闲王承平北京理工大学机械与车辆学院北京100081 电动车辆国家工程研究中心北京100081

根据无人车动态实时避障的需求,提出一种基于人工势场法的局部避障路径规划算法,通过改进势场环境及势场力来解决传统势场法局部极小值和目标不可达的问题.考虑车辆碰撞安全性,对侧向动态障碍物和同向动态障碍物工况进行分析,采用动态... 详细信息

根据无人车动态实时避障的需求,提出一种基于人工势场法的局部避障路径规划算法,通过改进势场环境及势场力来解决传统势场法局部极小值和目标不可达的问题.考虑车辆碰撞安全性,对侧向动态障碍物和同向动态障碍物工况进行分析,采用动态窗口法进行实时动态避障规划.同时为保证规划路径的平滑性和可跟踪性,采用贝塞尔曲线对轨迹进行平滑处理.最后,在CarSim和Matlab/Simulink联合仿真平台下,对所提出的控制算法进行验证.仿真结果表明了规划算法的避障有效性、安全性以及可跟踪性.

关键词：人工势场法无人车局部路径规划动态避障

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移动机器人自主动态避障方法

北京航空航天大学学报 2022年第6期48卷 1013-1021页

作者：张贺缪存孝唐友军闫晓强时彦洋余远金北京科技大学机械工程学院北京100083 北京理工大学自动化学院北京100081

针对基于水流场的全向移动机器人动态避障过程中可能出现的避障失效和避障路径过长问题,提出了一种基于速度斥力场改进人工势场方法的全向移动机器人自主动态避障方法。详细分析基于水流场改进的人工势场法在动态避障过程中存在的移动... 详细信息

针对基于水流场的全向移动机器人动态避障过程中可能出现的避障失效和避障路径过长问题,提出了一种基于速度斥力场改进人工势场方法的全向移动机器人自主动态避障方法。详细分析基于水流场改进的人工势场法在动态避障过程中存在的移动机器人从障碍物前方绕过而引起的避障路径过长或避障失效问题;在基于水流场的人工势场避障方法中,根据移动机器人和动态障碍物的相对速度,引入速度斥力场,使得移动机器人从动态障碍物的后方通过,实现全向移动机器人的安全自主动态避障。通过仿真和室内避障实验,验证了所提自主动态避障方法的有效性和实用性。

关键词：移动机器人人工势场水流场速度斥力场动态避障

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基于强化学习的六足机器人动态避障研究

传感器与微系统 2022年第1期41卷 19-23页

作者：董星宇唐开强傅汇乔留沧海蒋刚西南科技大学制造科学与工程学院四川绵阳621000 南京大学工程管理学院控制与系统工程系江苏南京210093 制造过程测试技术省部共建教育部重点实验室四川绵阳621000 成都理工大学核技术与自动化工程学院四川成都610059

针对局部可观测的非线性动态地震环境下,六足机器人采用传统算法进行动态避障时易出现算法不稳定的情况。运用了基于双重深度Q网络(DDQN)的决策方式,通过传感器数据输入卷积神经网络(CNN)并结合强化学习的策略,下达命令到六足机器人,控... 详细信息

针对局部可观测的非线性动态地震环境下,六足机器人采用传统算法进行动态避障时易出现算法不稳定的情况。运用了基于双重深度Q网络(DDQN)的决策方式,通过传感器数据输入卷积神经网络(CNN)并结合强化学习的策略,下达命令到六足机器人,控制输出决策动作,实现机器人动态避障。将系统的环境反馈与决策控制直接形成闭环,通过最大化机器人与避障环境交互产生的累计奖励回报,更新神经网络权重,形成最优决策策略。通过六足机器人平台实验结果证明:此方法能较好地减少传统深度强化学习算法容易导致过度估计状态动作值和损失函数难以收敛的风险;并且提高了六足机器人进行动态避障的效率和稳定性。

关键词：双重深度Q网络六足机器人动态避障传感器输入

融合行人运动信息的室内移动机器人动态避障方法

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电子测量与仪器学报 2022年第12期36卷 144-152页

作者：许松轩亮孙剑韬周怀东江汉大学智能制造学院武汉430056 北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191

为了提高移动机器人在室内人机共融环境下的运动安全和交互性,提出了一种融合行人运动信息的室内移动机器人动态避障方法,同时考虑任务约束和社会规则。首先,利用YOLO v3算法和Deep Sort算法分别对室内环境中的行人进行实时检测与目标跟... 详细信息

为了提高移动机器人在室内人机共融环境下的运动安全和交互性,提出了一种融合行人运动信息的室内移动机器人动态避障方法,同时考虑任务约束和社会规则。首先,利用YOLO v3算法和Deep Sort算法分别对室内环境中的行人进行实时检测与目标跟踪,计算行人在过去时刻的历史轨迹。然后,利用Social-GAN算法构建行人交互模型,实现轨迹预测。在此基础上,将行人的运动状态融合进机器人避障算法之中,根据社会规则设计评价函数,对机器人采样速度样本进行评估,使移动机器人能够以安全和舒适的方式绕过行人,确保室内人机共融环境下移动机器人的社会接受性。通过实验对比分析,与传统DWA方法相比,本文方法不仅可以提高机器人导航避障效率,在相同室内场景下导航避障时间由23.56 s提高到19.38 s,而且可以有效降低与行人发生碰撞的风险,保证机器人导航的安全和社交性。

关键词：移动机器人行人轨迹预测动态避障

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面向动态避障的智能汽车滚动时域路径规划

中国公路学报 2019年第1期32卷 162-172页

作者：陈虹申忱郭洪艳刘俊吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室吉林长春130025 吉林大学控制科学与工程系吉林长春130025

为解决城市低速条件下智能汽车在避障过程中的路径规划问题,提出面向动态避障的智能汽车滚动时域路径规划方法。首先,划分车道可行区域,利用3次拉格朗日插值法拟合车道边界,并根据"车-路"的相对位置关系将车道区域进一步划分为车道间区... 详细信息

为解决城市低速条件下智能汽车在避障过程中的路径规划问题,提出面向动态避障的智能汽车滚动时域路径规划方法。首先,划分车道可行区域,利用3次拉格朗日插值法拟合车道边界,并根据"车-路"的相对位置关系将车道区域进一步划分为车道间区域与车道内区域两部分。其次,以区域虚拟力场进行动态交通场景模拟,包括在障碍车周身沿车道方向的虚拟矩形区域斥力场,行驶目标位置的虚拟引力场和车道保持虚拟区域引力场3个部分,然后结合划分的车道区域确定各虚拟力场的作用区域。再次,建立主车动力学与运动学模型,障碍车运动学预测模型,把主车与障碍车无碰撞,主车行驶在车道内区域,趋向目标位置以及保证车辆稳定性作为优化目标,综合车辆模型的控制输入、状态变量等动力学约束条件,构建多目标的滚动时域控制器用于车辆避障路径规划,求解获得前轮转角作为控制量。最后,利用MATLAB和veDYNA软件对提出的路径规划控制系统分别在静态障碍和动态障碍工况下进行联合仿真。研究结果表明:该方法能够很好地解决躲避静态障碍和低速动态障碍车的问题,控制车辆驶向目标位置,并且在避障过程中满足车辆的动力学约束,同时又不会与道路边界发生碰撞,保证了车辆的安全性和稳定性。

关键词：汽车工程路径规划仿真模拟滚动时域智能车辆动态避障

复杂动态环境下无人飞行器动态避障近似最优轨迹规划

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宇航学报 2019年第2期40卷 182-190页

作者：郭行符文星付斌陈康闫杰西北工业大学航天学院西安710072

针对复杂动态环境下无人飞行器的动态障碍规避问题,基于合理假设建立了无人飞行器和动态障碍的运动学模型,并综合考虑无人飞行器飞行过程中的终端约束、控制输入约束、安全避障约束等,以能量最少为性能指标构建动态避障问题数学描述。之... 详细信息

针对复杂动态环境下无人飞行器的动态障碍规避问题,基于合理假设建立了无人飞行器和动态障碍的运动学模型,并综合考虑无人飞行器飞行过程中的终端约束、控制输入约束、安全避障约束等,以能量最少为性能指标构建动态避障问题数学描述。之后,针对终端约束和控制输入约束,依据优化模型预测静态规划算法(OMPSP)生成初始轨迹;针对动态避障问题的不等式约束,引入松弛变量并结合滑模变结构控制方法设计松弛变量动力学,实现对一个、多个或同时多个动态障碍的安全规避;最后,依据有限时间微分动态规划(RHDDP)算法进行轨迹优化,获得满足上述各种约束并能规避动态障碍的近似最优轨迹。

关键词：无人飞行器动态避障优化模型预测静态规划松弛变量近似最优轨迹

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改进时间弹性带的动态避障轨迹规划系统研究

重庆交通大学学报（自然科学版） 2023年第3期42卷 143-150页

作者：谢春丽刘斐灏东北林业大学交通学院黑龙江哈尔滨150040

在动态障碍物存在的机器人导航场景下,时间弹性带算法(timed elastic bands, TEB)无法区分障碍物类型,易将动态障碍物视为静态类型去处理,致使导航过程出现碰撞而无法完成导航任务。针对机器人运行真实动态环境,采用两个均值滤波器对激... 详细信息

在动态障碍物存在的机器人导航场景下,时间弹性带算法(timed elastic bands, TEB)无法区分障碍物类型,易将动态障碍物视为静态类型去处理,致使导航过程出现碰撞而无法完成导航任务。针对机器人运行真实动态环境,采用两个均值滤波器对激光点云进行滤波处理,实现动态障碍物的检测,而后增加动态障碍物代价地图层对检测到的障碍物进行聚类,利用卡尔曼滤波对动态障碍物的运动状态进行轨迹跟踪及状态预测,结合机器人当前运动状态作出动态避障的轨迹规划,采用阿克曼转向结构机器人进行仿真及真实动态环境下的重复实验。研究结果表明:改进TEB算法的动态避障轨迹规划系统能够在复杂动态环境中进行实时轨迹规划,生成安全平滑的局部轨迹,实现动态避障完成导航任务,能够满足移动机器人的动态避障要求。

关键词：车辆与机电工程时间弹性带算法动态避障卡尔曼滤波轨迹规划

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基于深度强化学习的舰载机动态避障方法

计算机辅助设计与图形学学报 2021年第7期33卷 1102-1112页

作者：薛均晓孔祥燕郭毅博鲁爱国李鉴万曦徐明亮郑州大学软件学院郑州450002 郑州大学信息工程学院郑州450001 中国船舶重工集团第709研究所武汉430070

针对高度异构、动态的航母甲板作业场景中的舰载机避障问题,提出一种结合预测算法和深度强化学习的避障方法.该方法包含场景建模、奖励模型和轨迹预测模型等模块.首先基于智能体状态和动作空间对航母甲板场景进行建模;然后利用最小二乘... 详细信息

针对高度异构、动态的航母甲板作业场景中的舰载机避障问题,提出一种结合预测算法和深度强化学习的避障方法.该方法包含场景建模、奖励模型和轨迹预测模型等模块.首先基于智能体状态和动作空间对航母甲板场景进行建模;然后利用最小二乘法对场景中动态障碍物的位置进行实时轨迹预测,并构造了包含路径预测模块的深度强化学习方法——环境预测深度Q网络(PDQN);最后利用该方法实现航母甲板作业场景中的舰载机动态避障.利用Python绘图集Matplotlib进行仿真实验,实验数据结果表明,相比于Q-learning,SARSA等方法,所提方法的准确率提升了15%~25%,路径长度短9%~39%,平均奖励值高30%~100%,收敛速度快1~2倍且训练平稳后准确率的标准差小2%~50%.

关键词：航空母舰强化学习轨迹预测动态避障

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全向移动机器人动态避障方法

北京航空航天大学学报 2021年第6期47卷 1115-1123页

作者：张大志刘万辉缪存孝余远金北京科技大学机械工程学院北京100083 北京理工大学自动化学院北京100081

动态避障是全向移动机器人在复杂工作环境下不可或缺的能力。针对在复杂动态环境下传统人工势场法容易陷入局部极小点、目标点不可达和振荡等问题,提出了利用水流场的思想重新定义人工势场的斥力势场函数及其方向,改进方法在不增加计算... 详细信息

动态避障是全向移动机器人在复杂工作环境下不可或缺的能力。针对在复杂动态环境下传统人工势场法容易陷入局部极小点、目标点不可达和振荡等问题,提出了利用水流场的思想重新定义人工势场的斥力势场函数及其方向,改进方法在不增加计算量的情况下能够使机器人平滑且安全无碰撞到达目标点,实现避障过程。为了实现三维动态仿真,提出了一种基于V-REP与MATLAB的联合仿真方法,并结合改进人工势场法实现全向移动机器人的动态避障模拟,验证了方法的平滑性和可行性。将所提方法应用于实验室内真实场景,全向移动机器人成功实现了动态规避动作,验证了方法的实用性。

关键词：全向移动机器人动态避障水流场人工势场法联合仿真