“机器人游中国”路径规划方法
“机器人游中国”路径优化方法
彭丽，李茂军
(长沙理工大学电气与信息工程学院, 湖南长沙410076)
摘要：针对中国机器人大赛“机器人游中国”比赛，提出了一种机器人路径规划算法，给出了最
合算景点和景点合算度的概念，建立了比赛得分和景点合算度数学模型，设计了最合算景点的确定方法
和路径决策表的编制方法，给出了算法的计算步骤。通过与遗传算法的对比仿真试验，本文提出的算法
仿真计算结果明显优于遗传算法，且本文提出的算法较遗传算法和其它类似算法思路更清晰，编程实现
更容易，从而验证了本文提出的算法的优越性。
关键词：机器人，路径规划，优化，决策表
中图分类号：TP 249 文献标识码：A
Path Optimization Approach for" Robot Tour China"
PENG Li, LI Mao-jun
(School of Electrical and Information Engineering,
Changsha University of Science and Technology, Changsha 410076, China)
Abstract:A robot path planning algorithm is proposed for China robot competition "robot tour China". This paper presented the concept of the most worthwhile attractions and attractions worthwhile degree, established the mathematics models of game scores and attractions worthwhile degree, designed the determined method of most worthwhile attractions and the preparation method of path decision table, and provided the calculation steps of the algorithm. Comparing with genetic algorithm, the simulation results show that the proposed algorithm is obviously superior to the genetic algorithm. And this algorithm is more clearly and easier than genetic algorithm and other similar algorithms, validating the superiority of this algorithm.
Key words: Robot; Path Planning; Optimization; Decision Table
1 引言
为了推动和促进机器人技术与自动化技术的发
展与创新，培养学生的创新意识和实践能力，在全
世界范围内相继出现了一系列的机器人竞赛活动。
由中国自动化学会机器人竞赛工作委员会主办的
“中国机器人大赛”是国内具有最广泛影响力和参
与度的全国性机器人赛事。中国机器人大赛竞赛项
目除包括RoboCup和FIRA等国际上的标准比赛项
目以外，还包括空中机器人比赛、水中机器人比赛、
舞蹈机器人比赛、机器人武术擂台赛、机器人游中
国竞赛及服务机器人竞赛等自创的比赛项目。
“机器人游中国”竞赛项目要求参赛机器人在
规定的假期时间内游历尽量多的景点、获得尽量多
的得分，并在规定的假期时间结束前回到出发地。
开展“机器人游中国”竞赛的目的是引导参赛机器
人研制人研究、设计并制作具有可靠硬件系统与先
进软件系统的移动机器人，并考察机器人的路径规
划与识别能力、爬坡能力、跨越门槛的能力，要求
参赛机器人具有良好的快速性与平稳性。
参赛机器人的路径规划能力是“机器人游中国”
竞赛项目取得良好成绩的前提条件。常用路径规划
算法有A*算法[1]、遗传算法[2]、人工神经网络[3-4]、
蚁群算法[5]、粒子群算法[6]等。A*算法通过比较当
前路径栅格的若干个邻居的启发式函数值来确定下
一个路径栅格，当存在多个最小值时A*算法不能保
证搜索的路径最优。遗传算法具有良好的全局收敛
性和鲁棒性，但是存在着汉明悬崖[7]等问题。蚁群
算法适合在图上搜索路径问题，算法本身的复杂度
决定需要很长的搜索时间，且受起止点位置和障碍
分布的影响，环境复杂时蚂蚁容易陷入不可行点，
甚至出现路径迂回和死锁。粒子群算法算法简单，
计算方便，求解速度快，但是存在着陷入局部最优等问题。
本文提出一种适合“机器人游中国”竞赛项目参赛机器人路径优化的一种启发式算法。试验表明：这种算法思路简单、计算速度快，能较方便地适应比赛规则的变化。这种算法的基本思想还可用于求解旅行商问题[8]、flow-shop问题[9-10]等。
2“机器人游中国”竞赛规则概述
“机器人游中国”竞赛项目有规范的竞赛场地，共有16个固定景点、多个备选可移动景点（包括门型景点和桥型景点）和多个路障（包括阻断型路障和减速型路障），所有固定景点都在其所处道路的尽头；各可移动景点均跨越道路，摆放于所选道路段的中间部位；每次比赛前公布本次比赛放置多少个减速型路障及放置规则，采用掷骰子方式随机选择规定个数阻断型路障的摆放位置，自由选择规定个数可移动景点的摆放位置。比赛场地示意图如图1。
图1 比赛场地示意图
“机器人游中国”竞赛分为三轮（初赛、复赛、决赛）进行。初赛无阻断型路障和门型景点，有减速型路障；复赛和决赛阻断型路障和可移动景点的位置随机选择确定，减速型路障的数量与位置可能与前一轮时不同。每一轮比赛中，一台参赛机器人可以连续走两次，最终得分取两次得分中的较高分。
“机器人游中国”竞赛项目要求参赛机器人在规定假期时间内，游历尽量多的景点，并在假期结束前回到起止区，是一种最优规划活动。距离出发点近的景点分值小，远的景点分值大。想得高分，就要远游；游得太远太多，就有来不及在规定的假期内回到起止区的危险。可移动景点的宽度和坡度制约机器人要相当稳定精确地前进，并且有一定的爬坡能力。门型景点可通过宽度与高度制约机器人，这时机器人也要相当稳定精确地前进，避免碰撞门框；门槛也对机器人构成一定的制约。可移动景点与路障摆放的数量与位置，在一定程度上可控制竞赛的难度，并有一定的不确定性。
“机器人游中国”竞赛机器人启动后，在规定的旅游时间结束前尚未回到起止区时，立即停止比赛，此前的累计得分有效。机器人需碰到代表固定景点的挡板，挡板明显摆动，才被认为“到此一游”，方可得到该固定景点的分值。机器人成功全部走过桥型可移动景点，方可获得该桥型景点的分值；掉落桥下，则本次比赛结束，此前的累计得分有效。机器人身体全部成功穿越门型可移动景点，方可获得该门型景点的分值。机器人在规定的旅游时间内，到达一个以上景点并正常返回到起止区的，加100分。
3路径优化问题描述
根据“机器人游中国”竞赛规则，可得参
赛机器人得分计算公式为
?
?
?
?
?
?
?
+
=
∑
∑
=
=
R
x
R
x
S
n
i
i
n
i
i
,
;
,
100
1
1(1)
式中S表示参赛机器人本次竞赛得分，
i
x表示所游历的第i个景点的分值，n表示所游历景点的数量。R表示参赛机器人在规定的旅游时间内到达一个以上景点并正常返回起止区，此时参赛机器人获得100分加分；R表示机器人未在规定的旅游时间内到达一个以上景点并正常返回起止区，此时参赛机器人未获得100分加分。参赛机器人获得100分加分对竞赛成绩影响很大，因此能按竞赛规则回到起止区是取得良好成绩的重要条件。在保证有足够时间回到起止区的前提下，参赛机器人能自主选择一条最优路径是取得良好成绩的关键。
在最优路径的选取中引入最合算景点的概念。机器人游历最合算景点可以花尽量少的时间得到尽量多的分值。为了能使机器人确定哪个景点是最合算景点，引入景点的合算度概念，合算度最高的景点即为最合算景点。
机器人从第i个景点出发到第j个景点的合算
度)
,(j
i
f定义为
?
?
?
?
?
=
≠
+
=
j
i
j
i
j
i
d
b
ax
j
i
f j
,0
,
)
,(
)
,( (2)
式中j x 表示机器人游历第j 个景点可获得的分数，
),(j i d 表示从第i 个景点出发到第j 个景点的计算
距离；a 、b 为加权系数。a 取得较大则重视游历高分值景点，b 取得较大则重视游历近距离景点以便节省时间游历更多的景点。实际中可先确定1=a ，再凭经验或通过试验确定b 的取值。
从第i 个景点出发到第j 个景点的计算距离
),(j i d 为机器人运动的平均速度v 乘以机器人从
第i 个景点出发到第j 个景点所花的时间t 。计算距离考虑了减速型路障、可移动景点对机器人运动速度造成的影响，因此计算距离不小于实际距离。如从第i 个景点出发到第j 个景点之间的实际距离为5米，但其间有减速型路障，机器人从第i 个景点出发到第j 个景点所花时间为5秒，机器人运动的平均速度为1.2米/秒，则从第i 个景点出发到第j 个景点的计算距离为6米(1.2米/秒×5秒)。
机器人通过可移动景点也可获得一定的分值，但可移动景点对机器人运动速度会有一定影响。可以将可移动景点看作固定景点计算其合算度。机器人从第i 个景点出发通过第j 个可移动景点的合算度也可用式(2)表示，此时式(2)中j x 表示机器人通过第j 个可移动景点可获得的分数，),(j i d 表示从第i 个景点出发通过第j 个可移动景点的计算距离；a 、b 含义同前。从第i 个景点出发通过第j 个
可移动景点的计算距离),(j i d 为机器人运动的平均速度v 乘以机器人从第i 个景点出发通过第j 个可移动景点所花的时间t 。如机器人从第i 个景点出发通过第j 个可移动景点耗时4秒，机器人运动的平均速度为1.2米/秒，则机器人从第i 个景点出发
通过第j 个可移动景点的计算距离为4.8米(1.2米/秒×4秒)。
机器人从第i 个景点出发到第i 个景点的合算度定义为0。
综上所述，“机器人游中国”路径优化问题可描述为：机器人在每游历一个景点之前，在未游历过的景点当中寻找一个最合算景点作为下一个游历的景点。
4路径优化算法
4.1算法的基本思路
根据上一节对机器人路径优化问题的描述，“机器人游中国”路径优化问题可归纳为机器人每游历一个景点之前，要先在未游历过的景点当中寻找一个最合算景点，即机器人路径优化问题转化为寻找最合算景点问题，机器人路径优化算法也转化为寻找最合算景点算法。
寻找最合算景点算法就是采用“走一步，看一步”的方法确定机器人要游历的下一个景点。机器人从起止区出发前先从所有景点中确定一个最合算景点作为游历的第一个景点；到达第一个景点后机器人再从未游历过的景点当中确定一个最合算景点作为第二个游历的景点……；到达第i 个景点后机器人再从未游历过的景点当中确定一个最合算景点作为第)1(+i 个游历的景点……；如此反复。但是必须注意，机器人到达第i 个景点后，从未游历过的景点当中确定了一个最合算景点作为第)1(+i 个要游历的景点，在游历第)1(+i 个景点之前应该先检验时间是否充裕，即应该考虑在游历了第
)1(+i 个景点之后能否在旅游时间结束前正常返
回起止区。如果在游历了第)1(+i 个景点之后不能
在旅游时间结束前正常返回起止区，则考虑游第二合算景点作为第)1(+i 个景点，在游历第)1(+i 个景点之前同样应该先检验时间是否充裕，不充裕则
考虑第三合算景点……如果游任何一个剩下的景点后都没有充裕的时间返回起止区，则不再游历第)1(+i 个景点直接从第i 个景点返回起止区。
4.2路径决策表
为了能使机器人找到最合算景点，可根据比赛场地示意图（地图由组委会提前公布，各景点位置已固定且提供尺寸）和各景点分数制作路径决策表。将各景点依次编号，并且起止区编为0号景点。路径决策表中第i 行第j 列元素),(j i f 表示机器人从
第i 个景点出发到第j 个景点的合算度。表内的数据是根据场地示意图的尺寸计算出),(j i d ，再把
),(j i d 代入公式（2）而得到的。由于从景点i 到景
点j 或从景点j 到景点i 的距离相同，有
),(),(i j d j i d =，从而),(),(i j f j i f =。表1是
一个比赛场地只包括3个景点（不含起止区）的路
径决策表。从表1可以看出：路径决策表是一个以对角线为对称轴的对称表格，且对角线上元素全为0。
表1 路径决策表
根据组委会提供的地图及尺寸，采用人工离线计算该决策表并存储于计算机中，比赛进行中机器人直接从路径决策表中查找最合算景点或第二合算景点即可。如表1所示的比赛场地只包括3个景点（不含起止区）的情况下，机器人从起止区（0号景点）出发，下一个要到达的最合算景点为3号景点（因未游历的3个景点中3号景点的合算度最大），再下一个要到达的最合算景点为1号景点（因未游历的两个景点中1号景点的合算度最大），……
4.3算法计算步骤
“机器人游中国”路径优化算法计算步骤： 步骤1：从起止区出发，查路径决策表得待游历的第一个景点并游历第一个景点。
步骤2：在游历第k （1≥k ）个景点过程中，
计算游历第k 个景点后的剩余时间k t ；继续查表得待游历的第（1+k ）个景点，计算由第k 个景点到第（1+k ）个景点所需时间k t 1，及由第（1+k ）个景点返回起止区时间k t 2。
步骤3：如果k k k t t t <+21，则游历第（1+k ）
个景点，1+←k k 并转步骤2；否则考虑第二合算景点作为第（1+k ）个景点，并且如果k k k t t t <+21，
游历第（1+k ）个景点，1+←k k 并转步骤2；…..；如果所有未游历的景点都不满足
k k k t t t <+21，则从第k 个景点返回起止区，结束
比赛。
4.4仿 真
分别用本文提出的算法和遗传算法对“机器人游中国”路径规划问题进行仿真计算。由于复决赛阶段有3个随机确定的阻断型路障，可供选择的路径不多了，机器人路径规划算法能发挥的作用有限。因此，这里仅对初赛阶段的路径规划问题进行仿真。
在本文提出的算法中，取1=a ,600=b （由试验得出的经验值），仿真计算结果得到最佳的机器人旅游路线如图2。按这一方案实施可得总分301分，用时59秒。若考虑返回时间比较紧，可以放弃最后一个景点，这样实际得分291分。
图2 本文算法得到的机器人旅游路线
用遗传算法对同样的问题进行仿真计算。对所有景点进行编号，采用序列编码方式编码。用参赛机器人竞赛得分S 作为适应度函数进行选择。种群规模20,交叉概率0.7,变异概率0.1,迭代次数100代。得到最佳的机器人旅游路线如图3。按这一方案实施可得总分271分，用时54秒。
图3 遗传算法得到的机器人旅游路线
由仿真结果可知：用本文提出的算法所得最佳成绩比遗传算法的高30分，高出遗传算法成绩的11%，若考虑返回时间紧而放弃最后一个景点，得分为291分，仍高出20分。因此，本文提出的算法与遗传算法相比有明显优势。
5结语
本文针对“机器人游中国”竞赛项目研究了机器人路径优化问题，建立了比赛得分数学模型和最合算景点数学模型，提出了适合“机器人游中国”竞赛项目的机器人路径优化算法。通过与遗传算法进行仿真对比，体现了该算法的优越性。在机器人硬件条件已确定的情况下通过优化行驶路径获得比赛最佳成绩。应用本文提出的“机器人游中国”路径优化方法解决实际竞赛中机器人路径规划问题，并于2010年和2011年分别在内蒙古鄂尔多斯市和甘肃兰州市参加由中国自动化学会机器人竞赛工作委员会主办的“中国机器人大赛”，获得了优异的竞赛成绩，表明了本文提出的机器人路径优化方法的可行性和有效性。
本文提出的算法较遗传算法和其它类似算法思路更清晰，编程实现更容易。仿真试验结果和实际竞赛成绩均验证了本文提出的算法的优越性。
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移动机器人完全遍历路径规划算法研究
东南大学 硕士学位论文 移动机器人完全遍历路径规划算法研究 姓名：胡正聪 申请学位级别：硕士 专业：机械电子工程 指导教师：张赤斌 20080403
第一章绪论 第一章绪论 １．１移动机器人的发展史 社会的主体是人类，历史的推动者是人类，伟大的人类运用自己的智慧不断创造伟大的发明，不断推动社会的发展。邓小平同志说过：“科技是第一生产力。”生产力是社会发展的动力，所以人类推动社会发展就是要致力于发展生产力，致力于发展科技。人类不断发展生产力来提高自身认识自然、改造自然、得到自己所需物质的能力，这种能力的进化由最初的运用双手、简单工具、发展到运用畜力、发展到运用简单机器、发展到运用自动化设备、还会发展到我们无法想象的未来。 机器人就是生产力发展的产物。机器人的概念最早是在１９２０年的科幻小说中提出的，而早期的机器人如１９３９年美国纽约世界博览会上展出的西屋电气公司制造的家用机器人Ｅｌｅｋｔｒｏ和１９５６年美国人乔治?德沃尔制造出的世界上第一台可编程的机器人都是一些实用价值不高的机器人，它们是现代机器人的雏形。上世纪６０年代，由于传感器和计算机技术的发展及应用，兴起了全世界第二代机器人的研究热潮，并向人工智能进发。１９６８年，美国斯坦福研究所公布了他们研发成功的机器人Ｓｈａｋｅｙ。它带有视觉传感器，能根据人的指令发现并抓取积木。Ｓｈａｋｅｙ可以算是世界第一台智能机器人，它拉开了第三代机器人研发的序幕。到了上世纪８０年代，发达国家都组建各种机器人研究机构，尤其是以美国为代表的国家将机器人的研究列入了军事发展计划，带动各国把机器人的研究推上了高潮，日本和欧洲各国都成立了各自的机器人研究中心和规划了自己的研究计划。进入９０年代后，机器人的应用领域除了工业和军事外，还涉及到了服务和娱乐领域，以日本本田公司的ＡＳＩＭＯ人型机器人和索尼公司的ＡＩＢＯ娱乐机器人为代表的机器人展示了机器人领域各方面的先进研究成果。在欧洲，２００２年丹麦ｉＲｏｂｏｔ公司推出了吸尘器机器人Ｒｏｏｍｂａ，它能避开障碍，自动设计行进路线，还能在电量不足时，自动驶向充电座。Ｒｏｏｍｂａ是目前世界上销量最大、最商业化的家用机器人。２００６年６月，微软公司推出ＭｉｃｒｏｓｏＲＲｏｂｏｔｉｃｓＳｔｕｄｉｏ，机器人模块化、平台统一化的趋势越来截明显，比尔?盖茨预言：“家用机器人很快将席卷伞球。” 图１．１丹麦ｉＲｏｂｏｔ公司推出的吸尘机器人Ｒｏｏｍｂａ［
工业机器人路径规划及仿真
工业机器人路径规划及仿真 发表时间：2019-09-17T15:53:24.233Z 来源：《城镇建设》2019年第15期作者：鲁严[导读] 本文对鸥工业机器人的实时高精度路径跟踪与轨迹规划进行了简单的研究。 天津日北自动化设备有限公司天津市 300385 摘要：现阶段，人们对工业机器人的性能要求逐渐提高，只有这样才能提高现代化工艺生产质量与效率。工业机器人系统具有较强的非线性、强耦合性特点，将工业机器人通过高复杂系统的形式进行操作，并将其中的动力学特点体现出来，保证工业机器人可以正常使用。然而，工业机器人在实际运行期间常常会因为多种原因影响着机器人的控制性能，导致其不能正常运行下去。要想从根本上解决这一 问题，就应该加强工业机器人高度高精度的控制，只有这样才能保证工业机器人可以正常运行下去。基于此，本文对鸥工业机器人的实时高精度路径跟踪与轨迹规划进行了简单的研究。 关键词：工业机器人；实时；高精度；路径跟踪引言 现如今，科学、信息技术得到广泛应用，工业机器人也开始得到广泛运用，为工业行业改革以及发展提供了诸多支持。工业机器人作为现代化工业不可缺少的一部分，有利于提高工业生产效率，对于其实现企业长期发展有极为重要的意义。工业机器人非常关键的两个部位是手部路径跟踪、关节轨迹规划，在工业领域实现应用，能够在机器人路径中增加节点数量，并且提高节点路径分段处理效率，从而使工业机器人手部跟踪路径以及路径节点更加精准。 1.工业机器人的发展历程 伴随着科学技术的不断进步，工业机器人学科变得越来越有生命力，从上个世纪 50 年代美国发明第一台工业机器人开始，到如今这个时间，机器人的发展已经历经了大半个世纪。纵观全局，这大半个世纪以来机器人的发展历史，机器人技术在工业需求的带领之下，已经得到了翻天覆地的变化。众所周知，在国际上，工业机器人现如今已经成为一个成熟的产业，并且工业机器人被广泛地应用在汽车，电器，摩托车以及机械等工业生产领域。无人不知，工业机器人在发达国家中已经存在了很多年。在国内，工业机器人经过几代科研工作者坚持不懈的努力现在已经取得了很大进展，而且在某些关键技术上面取得了不少成绩已。不过，总的来说，国内机器人行业确实还存在着缺乏整体核心技术的突破，并且具有中国知识产权的工业机器人的数量微乎极微，这需要我们科研工作人员在科研工作中要做到沉住心，仔细的钻研，从而为了实现国家科技的发展做出贡献。现在国内机器人技术仅仅相当于国外发达国家 80 年代初期的水平，尤其是在制造工艺和装备以及机器人控制方面，我国还不能生产出高精密，高速度，高效率的工业机器人。机器人控制技术是机器人实现一系列功能的核心，同时也是影响机器人性能的关键部分，控制技术在很大程度上一直制约着机器人技术的发展。伴随着计算机科学，传感器技术，以及图像处理技术和其它相关技术的迅速发展，这时候，需要对机器人性能提出更高的要求，从而让工业机器人朝着快速高精度方向不断的发展，这对于机器人控制技术来说是一个不可攻克的挑战。总而言之，机器人控制理论的发展过程大致可以分为三个阶段经历传统控制，现代控制理论和智能控制。 2.工业机器人运动学理论知识 所谓运动学通俗的说也就是关于运动的科学学科。在进行运动学分析研究时，一般情况下不考虑系统的驱动力，同时也会直接忽略零部件的变形，换句话说也就是将零部件看作刚体。对多刚体系统进行运动学分析时，需要把机构中连接构件和构件的运动副作为起点，并且构件的位置，速度以及加速度都是和运动副对应的约束方程来进行解答的。工业机器人的本体结构比较繁琐复杂，为了能够更加形象的描述机器人构件在空间的姿态，可以通过在构件上固结坐标系，然后通过描述坐标系的关系来间接的研究机器人构件的运动学。D-H法是机器人运动学研究的一种重要的方法，D-H法全称Denavit-Hatenberg，是Denavit和Hatenberg这两位科学工作者共同提出的一种研究串联机器人运动学的方法。 3.工业机器人实时高精度路径跟踪与关节规划的规划 手部路径跟踪与关节轨迹是工业机器人中重要组成部分，做好工业机器人的控制工作，减轻工业机器人中计算机控制在线负担，从而保证工业机器人可以正常的运行下去。首先，工业机器人在实际运行期间，可以通过在线控制的形式将工业机器人坐标空间关节进行合理控制，并在坐标空间设置对应的节点，在节点设置完成之后还要做好节点坐标的定位工作，并通过拟合的形式对其中的节点进行控制，只有这样才能形成一个全新的关节轨迹。其次，在对节点控制期间，还要沿着指定的关节轨迹进行运动，从而提升关节运动效果，保证其可以正常的运行下去。当工业机器人中的节点数量逐渐增加时，工业机器人的整个路径跟踪的精准度也会有所提高，从而增加关节轨迹的分段数量，提高关节观点的自身的运动量。 工业机器人在实际运行期间，手部的路径跟踪精准度提升，那么整个机器人的首位两端路径节点就会有所下降，如果节点下降现象控制不及时，那么整路径节点就会出一定的弊端，严重影响了工业机器人的正常运行。因此，在工业机器人实际运行期间，应该做好机器人首尾节点的控制工作，并在首尾节点中安装对应的正弦函数与余弦函数，并将其中的结构通过一乘积的形式展现出来，只有这样才能保证工业机器人的控制工作可以顺利进行下去。比如说，O0-X0Y0Z0为工业机器人的基础坐标，那么手部路径是工业机器人的起点位置，并将其设置成P0，那么起点到尾部的条件就会设置成Pn，只有这样才能得出（n+1）节点，其中P0，P1节点就会通过路径分段的形式进行计算，得出工业机器人中的Qj0到终点Qjn的位置会通过整段轨迹的形式进行分段处理，保证工业机器人实时高精度路径跟踪与关节规划工作可以顺利进行下去。 4.工业机器人实时高精度路径跟踪与关节规划的超调性及振荡性 4.1 超调性 对于工业机器人实时高精度路径跟踪与关节规划来说，其在实际进行期间可以将关节坐标中的界值体现出来，并将其控制在整个工业机器人中的中间部位，并根据工业机器人的运行现状做好坐标曲线的控制工作，将其中的拐点体现出来，只有这样才能保证工业机器人实时高精度路径跟踪与关节规划工作可以顺利进行下去。当工业机器人实时高精度路径跟踪与关节规划中的节点数值较小时，那么整个机器人能的节点轨迹就会通过一个全新的形式展现出来，只有这样才能保证节点轨迹不会发生超调的现象发生。 4.2 振荡性
机器人路径运行操作步骤
3.23机器人路径运动操作步骤 任务：选取多个点构成一条路径，通过示教器完成机器人路径运动操作 相关知识：机器人路径示教器操作分为手动和自动两种模式 操作步骤： 一、手动模式 1、新建程序 （1）点击首页下拉菜单中“程序编辑器”选项，进入程序编辑器 （2）点击右上角“例行程序”选项，进如程序列表 （3）点击左下角“文件”，选择“新建例行程序”，新建例行程序 并命名 2、程序编写 （1）选择新建好的例行程序，进入程序编辑页面，点击左下角“添 加指令”，在右侧弹出菜单中选择轴运动指令“MoveJ” （2）根据需要修改显示的“MoveJ * ,v1000 , z50 , tool0”指令， *代表坐标点名称，v1000代表速度，z50代表路径选择幅度， tool0与工具坐标有关 （3）根据需要添加路径包含的点坐标并修改，完成全部路径点的设 置 3、调试 （1）从第一行“MoveJ”指令开始，利用示教器旋钮调节机器人至路 径点位，点击“修改位置”，程序与点位一一对应 （2）点位修改完成后，进行手动调试。点击“调试”选择“PP移动 至例行程序”，进入要调试的例行程序，光标选择调试的程序 行，再次点击“调试”，选择“PP移动至光标” （3）在右下角设置选项中选择机器人运行的速度
（4）左手按下示教器使能键，右手按下示教器上的“开始”按钮， 进行机器人路径运行操控 注意：机器人运行过程中不能松开示教器使能键 二、自动模式 1、完成手动调试模式调试后，点击“例行程序”菜单进入程序选择列表， 选择“Main”函数，进入函数编辑页面 2、光标选择
机器人路径规划方法的研究
第5期(总第156期) 2009年10月机械工程与自动化 M ECHAN I CAL EN G I N EER I N G & AU TOM A T I ON N o 15 O ct 1 文章编号:167226413(2009)0520194203 机器人路径规划方法的研究 李爱萍,李元宗 (太原理工大学机械工程学院,山西 太原 030024) 摘要:路径规划技术是机器人学研究领域中的一个重要部分。目前的研究主要分为全局规划方法和局部规划方法两大类。通过对机器人路径规划方法研究现状的分析,指出了各种方法的优点及不足,并对其发展方向进行了展望。 关键词:机器人;全局规划;局部规划中图分类号:T P 242 文献标识码:A 收稿日期:2009201207;修回日期:2009204218 作者简介:李爱萍(19792),女,山西晋中人,在读硕士研究生。 0 引言 路径规划技术是机器人学研究领域中的一个重要 部分。机器人的最优路径规划就是依据某个或某些优化准则(如工作代价最小、行走路线最短、行走时间最短等),在其工作空间中找到一条从起始状态到目标状态的最优路径。根据对环境信息的掌握程度不同,路径规划可分为:①全局路径规划:环境信息完全已知,根据环境地图按照一定的算法搜寻一条最优或者近似最优的无碰撞路径,规划路径的精确程度取决于获取环境信息的准确程度;②局部路径规划:环境信息完全未知或部分未知,根据传感器的信息来不断地更新其内部的环境信息,从而确定出机器人在地图中的当前位置及周围局部范围内的障碍物分布情况,并在此基础上,规划出一条从当前点到某一子目标点的最优路径。 1 全局规划方法111 栅格法 栅格法是目前研究最广泛的路径规划方法之一。该方法将机器人的工作空间分解为多个简单的区域(栅格),由这些栅格构成一个显式的连通图,或在搜索过程中形成隐式的连通图,然后在图上搜索一条从起始栅格到目标栅格的路径。一般路径只需用栅格的序号表示。但栅格的划分直接影响其规划结果,如果栅格划分过大,环境信息储藏量小,分辨率下降,规划能力就差;栅格划分过小,规划时间长,而且对信息存储能力的要求会急剧增加。112 可视图法 可视图法中的路径图由捕捉到的存在于机器人一 维网络曲线(称为路径图)自由空间中的节点组成。路径的初始状态和目标状态同路径图中的点相对应,这样路径规划问题就演变为在这些点间搜索路径的问题。要求机器人和障碍物各顶点之间、目标点和障碍物各顶点之间以及各障碍物顶点与顶点之间的连线均不能穿越障碍物,即直线是“可视的”。然后采用某种方法搜索从起始点到目标点的最优路径,搜索最优路径的问题就转化为从起始点到目标点经过这些可视直线的最短距离问题。该法能够求得最短路径,但需假设忽略机器人的尺寸大小,使得机器人通过障碍物顶点时离障碍物太近甚至接触,并且搜索时间长。113 拓扑法 拓扑法将规划空间分割成具有拓扑特征的子空间,根据彼此的连通性建立拓扑网络,在网络上寻找起始点到目标点的拓扑路径,最终由拓扑路径求出几何路径。拓扑法的基本思想是降维法,即将在高维几何空间中求路径的问题转化为低维拓扑空间中判别连通性的问题。其优点在于利用拓扑特征大大缩小了搜索空间,其算法的复杂性仅依赖于障碍物数目,在理论上是完备的;而且拓扑法通常不需要机器人的准确位置,对于位置误差也就有了更好的鲁棒性。缺点是建立拓扑网络的过程相当复杂,特别是在增加障碍物时如何有效地修正已经存在的拓扑网是有待解决的问题。 114 自由空间法 自由空间法采用预先定义的广义锥形或凸多边形等基本形状构造自由空间,并将自由空间表示为连通图,通过搜索连通图来进行路径规划。自由空间的构
一种移动机器人的路径规划算法
一种移动机器人的路径规划算法 作者：霍迎辉，张连明 (广东工业大学自动化研究所广州510090 文章来源：自动化技术与应用点击数：1419 更新时间：2005-1-24 摘要：本文提出一种移动机器人路径规划最短切线路径算法。依据此算法，机器人能顺利地避开障碍物到达目标位置，其原理简单，计算快捷，容易实现。仿真结果验证了它的有效性和实用性。 关键词：移动机器人；路径规划；机器人避障 1引言 移动机器人路径规划问题是指在有障碍物的工作环境中寻找一条恰当的从给定起点到终点的运动路径，使机器人在运动过程中能安全、无碰撞地绕过所有的障碍物［1］。 障碍环境中机器人的无碰撞路径规划［2］是智能机器人研究的重要课题之一，由于在障碍空间中机器人运动规划的高度复杂性使得这一问题至今未能很好地解决。路径规划问题根据机器人的工作环境模型可以分为两种，一种是基于模型的路径规划，作业环境的全部信息都是预知的；另一种是基于传感器的路径规划，作业环境的信息是全部未知或部分未知的。 对机器人路径规划的研究，世界各国的专家学者们提出了许多不同的路径规划方法，主要可分为全局路径和局部路径规划方法。全局路径规划方法有位形空间法、广义锥方法、顶点图像法、栅格划归法；局部路径规划方法主要有人工势场法。这些方法都各有优缺点［3］，也没有一种方法能够适用于任何场合。 本文提出一种最短切线路径的规划方法，其涉及的理论并不高深，计算简单，容易实现，可供侧重于应用的读者参考。下面将详细介绍该算法的基本原理，最后给出仿真实现的结果。 2最短切线路径算法 2.1算法基本原理 (1)首先判断机器人和给定的目标位置之间是否存在障碍物。如图1所示，以B代表目标位置，其坐标 为(x Ｂ，y Ｂ ），以R、A分别代表机器人及障碍物，坐标为(x Ｒ ，y Ｒ )、(x Ａ ，y Ａ )。Ｒr和Ra表示机器人和障 碍物的碰撞半径，也就是说在其半径以外无碰撞的危险。这里对碰撞半径的选择作出一点说明，碰撞半径越小，发生碰撞的危险度越大，但切线路径越短；碰撞半径越大，发生碰撞的危险度越小，但同时切线路径越长。要根据实际情况和控制要求来确定碰撞半径。若机器人与目标位置之间不存在障碍物，机器人可走直线直接到达目标位置，此时的直线方程可由两点式确定：
机器人路径规划
1绪论 1.1机器人简介 1.1.1什么是机器人 机器人一词不仅会在科幻小说、动画片等上看到和听到，有时也会在电视上看到在工厂进行作业的机器人，在实际中也有机会看到机器人的展示。今天，说不定机器人就在我们的身过，但这里我们要讨论的是什么是机器人学研究的机器人。 机器人（robot）一词来源下1920年捷克作家卡雷尔. 查培克（Kapel Capek）所编写的戏剧中的人造劳动者，在那里机器人被描写成像奴隶那样进行劳动的机器。 后来作为一种虚构的机械出现在许多作品中，代替人们去完成某些工作。20世纪60年代出现了作为可实用机械的机器人。为了反这种机器人同虚构的机器人及玩具机器人加以区别，称其为工业机器人。 工业机器人的兴起促进了大学及研究所开展机器人的研究。随着计算机的普及，又积极地开展了带有智能的机器人的研究。到70年代，机器人作为工程对象已经被确认，机器人一词也受到公认。目前，机器人学的研究对象已不仅仅是工业机器人了。 即便是实际存在的机器人，也很难把它定义为机器人，而且其定义也随着时代在变化。这里简单地反具有下述性质的机械看作是机器人： 1.代替人进行工作：机器人能像人那样使用工具和机械，因此，数控机床和 汽车不是机器人。 2.有通有性：既可简单地变换所进行的作为，又能按照工作状况的变化相应 地进行工作。一般的玩具机器人不能说有通用性。 3.直接对个界作工作：不仅是像计算机那样进行计算，而且能依据计算结果 对外界结果对外界产生作用。 机器人学把这样定义的机器人作为研究对象。
1.1.2机器人的分类 机器人的分类方法很多，这里我们依据三个有代表性的分类方法列举机器人的种类。 首先，由天机器人要代替人进行作业，因此可根据代替人的哪一个器官来分类： 操作机器人（手）：利用相当于手臂的机械手、相当于手指的手爪来使物体协作。 移动机器人（腿）：虽然已开发出了2足步行和4足步行机器人，但实用的却是用车轮进行移动的机器人。（本文以轮式移动机器人作为研究对象）视觉机器人（眼）：通过外观检查来除掉残次品，观看人的面孔认出是谁。虽然还有使用触觉的机器人，但由于它不是为了操作，所以不能说是触觉机器人。 也还有不仅代替单一器官的机器人，例如进行移动操作，或进行视觉和操作的机器人。 其次，按机器人的应用来分类： 工业机器人：可分为搬送、焊接、装配、喷漆、检查等机器人，主要用于工厂内。 极限作业器人：主要用在人们难以进入的核电站、海底、宇宙空间等进行作为的机器人。也包括建筑、农业机器人等。 娱乐机器人：有弹奏乐器的机器人、舞蹈机器人、宠物机器人等，具有某种程度的通用性。也有适应环境面改变行动的宠物机器人。 最后则是按照基于什么样的信息进行动作来分类： 表1基于动作信息的机器人分类
遗传算法与机器人路径规划
遗传算法与机器人路径规划 摘要：机器人的路径规划是机器人学的一个重要研究领域，是人工智能和机器人学的一个结合点。对于移动机器人而言，在其工作时要求按一定的规则，例如时间最优，在工作空间中寻找到一条最优的路径运动。机器人路径规划可以建模成在一定的约束条件下，机器人在工作过程中能够避开障碍物从初始位置行走到目标位置的路径优化过程。遗传算法是一种应用较多的路径规划方法，利用地图中的信息进行路径规划，实际应用中效率比较高。 关键词：路径规划；移动机器人；避障；遗传算法 Genetic Algorithm and Robot Path Planning Abstract: Robot path planning research is a very important area of robotics, it is also a combine point of artificial intelligence and robotics. For the mobile robot, it need to be worked by certain rulers（e.g time optimal），and find a best movement path in work space. Robot path planning can be modeled that in the course of robots able to avoid the obstacles from the initial position to the target location,and it ruquire to work under ertain constraints. Genetic algorithm used in path planning is very common, when planning the path ,it use the information of map ,and have high eficient in actual. Key words: Path planning,mobile robot, avoid the obstacles, genetic algorithm 1路径规划 1.1机器人路径规划分类 （1）根据机器人对环境信息掌握的程度和障碍物的不同，移动机器人的路径规划基本上可分为以下几类： 1，已知环境下的对静态障碍物的路径规划； 2，未知环境下的对静态障碍物的路径规划； 3，已知环境下对动态障碍物的路径规划； 4，未知环境下的对动态障碍物的路径规划。 （2）也可根据对环境信息掌握的程度不同将移动机器人路径规划分为两种类型： 1，基于环境先验完全信息的全局路径规划； 2，基于传感器信息的局部路径规划。 （第二种中的环境是未知或部分未知的，即障碍物的尺寸、形状和位置等信息必须通过传感器获取。） 1.2路径规划步骤 无论机器人路径规划属于哪种类别，采用何种规划算法，基本上都要遵循以下步骤： 1, 建立环境模型，即将现实世界的问题进行抽象后建立相关的模型； 2, 路径搜索方法，即寻找合乎条件的路径的算法。 1.3路径规划方法
机器人路径规划方法的研究进展与趋势
机器人路径规划方法的研究进展与趋势 朱明华,王霄,蔡兰 (江苏大学机械工程学院,江苏镇江212013) 摘要:对机器人路径规划的研究进行了概括和总结,阐述了机器人全局路径规划方法、局部路径规划方法及混合方法的研究现状、特点和主要成果,指出了其今后的发展方向及研究重点。 关键词:机器人;遗传算法;路径规划;粗糙集 中图分类号:T P242 文献标识码:A 文章编号:1001-3881(2006)3-005-4 R esearch P rogress and Future Develop m ent on Path P lanni n g for Robot Z HU M inghua,WANG X iao,CA I Lan (M echanical Eng i n eering Institute,Jiangsu Un i v ersity,Zhenjiang Jiangsu212013,China) Abstrac t:T he research of robo t pa t h plann i ng w as s umm arized,the research sta t us quo,character i stic and ma i n producti on of robo t g l obal path p l ann i ng m ethod,l oca l path p l ann i ng m ethod and hybr i d m ethod were expatiated,its deve l op m ent d irec tions and study f o cus w ere po i nted out. K eyword s:R obot;G enetic a l gor it hm s;P ath p lann i ng;R ough set 路径规划技术是机器人研究领域中的一个重要分支,是机器人导航中最重要的任务之一。蒋新松在文献[1]中为路径规划作出了这样的定义:路径规划是自治式移动机器人的一个重要组成部分,它的任务就是在具有障碍物的环境内按照一定的评价标准,寻找一条从起始状态(包括位置和姿态)到达目标状态(包括位置和姿态)的无碰路径。障碍物在环境中的不同分布情况当然直接影响到规划的路径,而目标位置的确定则是由更高一级的任务分解模块提供的。目前,根据对环境的掌握情况,机器人的路径规划问题可以大致分为二大类:基于环境先验信息的全局路径规划;基于不确定环境的传感器信息的局部路径规划。 1 全局路径规划方法(G lobal Pat h Plann i n g) 依据已获取的全局环境信息,给机器人规划出一条从起点至终点的运动路径。规划路径的精确程度取决于获取环境信息的准确程度。全局路径规划规划方法通常可以寻找最优解,但需要预先知道准确的全局环境信息。通常该方法计算量大,实时性差,不能较好地适应动态非确定环境。基于环境建模的全局路径规划的方法主要有:自由空间法、构型空间法和栅格法等。 1 1 自由空间法(Free Space Approach) 自由空间法采用预先定义的如广义锥形[2]和凸多边形[3]等基本形状构造自由空间,并将自由空间表示为连通图,然后通过搜索连通图来进行路径规划,此方法比较灵活,即使起始点和目标点改变,也不必重构连通图,但是算法的复杂程度与障碍物的多少成正比,且不能保证任何情况下都能获得最短路径。因而该方法仅适用于路径精度要求不高,机器人速度不快的场合。按照划分自由空间方法的不同又可分为:凸区法、三角形法、广义锥法。 1 2 构型空间法 为了简化问题,通常将机器人缩小为一点,将其周围的障碍物按比例相应地进行拓展,使机器人在障碍物空间中能够任意移动而不与障碍物及其边界发生碰撞。目前研究比较成熟的有可视图法[4]和优化算法(如D ijkstra法[5]、A*搜索算法[6]等)。 1 2 1 可视图法(V-G r aph) 通过起始点和目标点及障碍物的顶点在内的一系列点来构造可视图。连接这些点使某点与其周围的某可视点相连,即要求机器人和障碍物各顶点之间、目标点和障碍物各顶点以及各障碍物顶点与顶点之间的连线均不能穿越障碍物,也即直线是可视的。从而搜索最优路径的问题就转化为经过这些可视直线从起始点到目标点的最短距离问题。 1 2 2 优化算法(Optm i ization A l gorit hm) 优化算法可以删除一些不必要的连线以简化可视图,从而缩短搜索时间,求得最短路径。但是,优化算法缺乏灵活性,一旦起点和目标点改变,就必须重构可视图,并且搜索效率也较低。 1 3 栅格法(Grids) 栅格法[7]将机器人的工作环境分解成一系列具有二值信息的网格单元,并假设工作空间中障碍物的位置和大小已知且在机器人运动过程中不会发生变化。用尺寸相同的栅格对机器人的二维工作空间进行规划,栅格大小以机器人自身的尺寸为准。若某一栅格范围内不含任何障碍物,则称此栅格为自由栅格;反之,称为障碍栅格。这样,自由空间和障碍物均可表示为栅格块的集成。栅格的表识方法有两种:直角坐标法和序号法。直角坐标法如图1所示,以栅格阵左上角为坐标原点,水平向右为X轴正方向,竖直向
移动机器人路径规划技术综述
第25卷第7期V ol.25No.7 控制与决策 Control and Decision 2010年7月 Jul.2010移动机器人路径规划技术综述 文章编号:1001-0920(2010)07-0961-07 朱大奇,颜明重 (上海海事大学水下机器人与智能系统实验室，上海201306) 摘要:智能移动机器人路径规划问题一直是机器人研究的核心内容之一.将移动机器人路径规划方法概括为:基于模版匹配路径规划技术、基于人工势场路径规划技术、基于地图构建路径规划技术和基于人工智能的路径规划技术.分别对这几种方法进行总结与评价,最后展望了移动机器人路径规划的未来研究方向. 关键词:移动机器人；路径规划；人工势场；模板匹配；地图构建；神经网络；智能计算 中图分类号:TP18；TP273文献标识码:A Survey on technology of mobile robot path planning ZHU Da-qi,YAN Ming-zhong (Laboratory of Underwater Vehicles and Intelligent Systems，Shanghai Maritime University，Shanghai201306, China．Correspondent：ZHU Da-qi，E-mail：zdq367@https://www.wendangku.net/doc/fa15183828.html,) Abstract:The technology of intelligent mobile robot path planning is one of the most important robot research areas.In this paper the methods of path planning are classi?ed into four classes:Template based,arti?cial potential?eld based,map building based and arti?cial intelligent based approaches.First,the basic theories of the path planning methods are introduced brie?y.Then,the advantages and limitations of the methods are pointed out.Finally,the technology development trends of intelligent mobile robot path planning are given. Key words:Mobile robot；Path planning；Arti?cial potential?eld；Template approach；Map building；Neural network; Intelligent computation 1引言 所谓移动机器人路径规划技术,就是机器人根据自身传感器对环境的感知,自行规划出一条安全的运行路线,同时高效完成作业任务.移动机器人路径规划主要解决3个问题:1)使机器人能从初始点运动到目标点;2)用一定的算法使机器人能绕开障碍物,并且经过某些必须经过的点完成相应的作业任务;3)在完成以上任务的前提下,尽量优化机器人运行轨迹.机器人路径规划技术是智能移动机器人研究的核心内容之一,它起始于20世纪70年代,迄今为止,己有大量的研究成果报道.部分学者从机器人对环境感知的角度,将移动机器人路径规划方法分为3种类型[1]:基于环境模型的规划方法、基于事例学习的规划方法和基于行为的路径规划方法;从机器人路径规划的目标范围看,又可分为全局路径规划和局部路径规划;从规划环境是否随时间变化方面看,还可分为静态路径规划和动态路径规划. 本文从移动机器人路径规划的具体算法与策略上,将移动机器人路径规划技术概括为以下4类:模版匹配路径规划技术、人工势场路径规划技术、地图构建路径规划技术和人工智能路径规划技术.分别对这几种方法进行总结与评价,展望了移动机器人路径规划的未来发展方向. 2模版匹配路径规划技术 模版匹配方法是将机器人当前状态与过去经历相比较,找到最接近的状态,修改这一状态下的路径,便可得到一条新的路径[2,3].即首先利用路径规划所用到的或已产生的信息建立一个模版库,库中的任一模版包含每一次规划的环境信息和路径信息,这些模版可通过特定的索引取得;随后将当前规划任务和环境信息与模版库中的模版进行匹配,以寻找出一 收稿日期:2009-08-30；修回日期:2009-11-18. 基金项目:国家自然科学基金项目(50775136)；高校博士点基金项目(20093121110001)；上海市教委科研创新项目(10ZZ97). 作者简介:朱大奇(1964?),男,安徽安庆人,教授,博士生导师,从事水下机器人可靠性与路径规划等研究；颜明重(1977?),男,福建泉州人,博士生,从事水下机器人路径规划的研究.
移动机器人路径规划综述
移动机器人路径规划综述 目录 1 引言 (2) 2 传统路径规划方法 (2) 2.1 自由空间法 (2) 2.2 图搜索法 (3) 2.3 栅格法 (3) 3 智能路径规划方法 (4) 3.1基于模糊逻辑的路径规划 (4) 3.2基于遗传算法的路径规划 (5) 3.3基于神经网络的路径规划 (5) 3.4人工势场法 (5) 3.5基于模糊逻辑与信息融合的路径规划 (6) 4 结论与展望 (6) 参考文献 (7)
1 引言 所谓移动机器人路径规划技术，就是机器人根据自身传感器对环境的感知，自行规划出一条安全的运行路线，同时高效完成作业任务。移动机器人路径规划主要解决3个问题： 1) 使机器人能从初始点运动到目标点； 2) 用一定的算法使机器人能绕开障碍物，并且经过某些必须经过的点完成相应的作业任务； 3) 在完成以上任务的前提下，尽量优化机器人运行轨迹。 机器人路径规划技术是智能移动机器人研究的核心内容之一，它起始于20 世纪70年代，迄今为止，己有大量的研究成果报道[1]。路径规划方法的分类也呈现多样化，可以分为基于地图的全局路径规划方法[2,3]和基于传感器的局部路径规划方法[4]，也可以分为传统路径规划方法[5]与智能路径规划方法[6]。 本文主要按传统路径规划方法与智能路径规划方法进行总结与评价。传统路径规划方法主要包含自由空间法，图搜索法，栅格法等，智能路径规划算法主要包含基于模糊逻辑的路径规划，基于神经网络的路径规划，基于遗传算法的路径规划，人工势场法以及信息融合方法等。 2 传统路径规划方法 2.1 自由空间法 自由空间法[7]应用于移动机器人路径规划，采用预先定义的如广义锥形和凸多边形等基本形状构造自由空间，并将自由空间表示为连通图，通过搜索连通图来进行路径规划。自由空间的构造方法[8]是：从障碍物的一个顶点开始，依次作其它顶点的链接线，删除不必要的链接线，使得链接线与障碍物边界所围成的每一个自由空间都是面积最大的凸多边形；连接各链接线的中点形成的网络图即为机器人可自由运动的路线。其优点是比较灵活，起始点和目标点的改变不会造成连通图的重构，缺点是复杂程度与障碍物的多少成正比，且有时无法获得最短路
机器人路径动态规划
研究背景 近年来,机器人技术飞速发展,机器人的应用领域也在不断扩展。机器人的工作环境存在高度的多变性和复杂性,因此自主导航是实现真正智能化和完全自主移动的关键技术。机器人的导航问题可以归结为对“我在哪”、“我要去哪”以及“我如何到达那里”三个问题的回答。第三个问题就是路径规划,要求机器人在当前位置与目标位置之间寻找一条安全、合理、高效的路径,保证机器人能够安全地到达目标地点。机器人路径规划是机器人领域的一个研究热点。 一、课题应用 机器人的路径规划是机器人学的一个重要研究领域，是人工智能和机器人学的一个结合点。对于移动机器人而言，在其工作时要求按一定的规则，例如时间最优，在工作空间中寻找到一条最优的路径运动。机器人路径规划可以建模成在一定的约束条件下，机器人在工作过程中能够避开障碍物从初始位置行走到目标位置的路径优化过程。遗传算法是一种应用较多的路径规划方法，利用地图中的信息进行路径规划，实际应用中效率比较高。 智能移动机器人[1]，是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统。它集中了传感器技术、信息处理、电子工程、计算机工程、自动化控制工程以及人工智能等多学科的研究成果，代表机电一体化的最高成就，是目前科学技术发展最活跃的领域之一。随着机器人性能不断地完善，移动机器人的应用范围大为扩展，不仅在工业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛的应用，而且在城市安全、国防和空间探测领域等有害与危险场合得到很好的应用。因此，移动机器人技术已经得到世界各国的普遍关注。 移动机器人的研究始于60 年代末期。斯坦福研究院(SRI)的Nils Nilssen 和Charles Rosen 等人，在1966年至1972 年中研发出了取名Shakey的自主移动机器人[1]。目的是研究应用人工智能技术，在复杂环境下机器人系统的自主推理、规划和控制。 根据移动方式来分，可分为：轮式移动机器人、步行移动机器人(单腿式、双腿式和多腿式)、履带式移动机器人、爬行机器人、蠕动式机器人和游动式机器人等类型；按工作环境来分，可分为：室内移动机器人和室外移动机器人；按控制体系结构来分，可分为:功能式(水平式)结构机器人、行为式(垂直式)结构机器人和混合式机器人；按功能和用途来分，可分为:医疗机器人、军用机器人、助残机器人、清洁机器人等； 一种由传感器、遥控操作器和自动控制的移动载体组成的机器人系统。移动机器人具有移动功能，在代替人从事危险、恶劣（如辐射、有毒等）环境下作业和人所不 及的（如宇宙空间、水下等）环境作业方面，比一般机器人有更大的机动性、灵活性。 移动机器人是一种在复杂环境下工作的，具有自行组织、自主运行、自主规划的智能机器人，融合了计算机技术、信息技术、通信技术、微电子技术和机器人技术等。 三、研究意义 路径规划技术是机器人研究领域中的一个重要分支,是机器人智能化的重要标志,是对
机器人路径规划
机器人路径规划 摘要：机器人路径规划是机器人技术的重要分支之一，路径规划技术的研究是研究机器人技术不可或缺的技术之一。本文首先介绍了当前研究人员热衷的ROS 系统是如何进行路径规划的，接着论述了作为群智能算法的蚁群算法应用于机器人的路径规划中。研究表明，可以将蚁群算法和ROS系统结合，进一步的进行机器人的路径规划。 关键词：路径规划，ROS系统，蚁群算法，机器人 1.引言 智能移动机器人技术是机器人技术的重要组成部分，应用前景十分广阔：工业，农业，国防，医疗，以及服务业等[1]。文献提出，未来数年内，中国服务机器人发展将超过传统的工业机器人[2]，机器人路径规划技术是服务机器人研究的核心内容之一[3]。可见，研究机器人的路径规划问题十分必要。 随着机器人领域的快速发展和复杂化，代码的复用性和模块化的需求原来越强烈，而已有的开源机器人系统又不能很好的适应需求。2010年Willow Garage 公司发布了开源机器人操作系统ROS（robot operating system），很快在机器人研究领域展开了学习和使用ROS的热潮。ROS系统是起源于2007年斯坦福大学人工智能实验室的项目与机器人技术公司Willow Garage的个人机器人项目（Personal Robots Program）之间的合作，2008年之后就由Willow Garage来进行推动。ROS的运行架构是一种使用ROS通信模块实现模块间P2P的松耦合的网络连接的处理架构，它执行若干种类型的通讯，包括基于服务的同步RPC（远程过程调用）通讯、基于Topic的异步数据流通讯，还有参数服务器上的数据存储。ROS系统以其独特优点引起了研究人员的兴趣。 近年来，各国学者致力于机器人路径规划的研究且取得了相当丰硕的研究成果。目前已有多种算法用于规划机器人的路径，文献【4】将其主要分为经典方
多机器人路径规划研究方法(一)
多机器人路径规划研究方法（一） 张亚鸣雷小宇杨胜跃樊晓平瞿志华贾占朝摘要：在查阅大量文献的基础上对多机器人路径规划的主要研究内容和研究现状进行了分析和总结，讨论了多机器人路径规划方法的评判标准，并阐述了研究遇到的瓶颈问题，展望了多机器人路径规划方法的发展趋势。 关键词：多机器人；路径规划；强化学习；评判准则 e,itexpoundedthebottleneckofthepathplanningresearchfor ， ； 近年来，分布式人工智能（DAI）成为人工智能研究的一个重要分支。DAI 研究大致可以分为DPS （distributedproblemsolving ）和MAS （）两个方面。一些从事机器人学的研究人员受多智能体系统研究的启发，将智能体概念应用于多机器人系统的研究中，将单个机器人视做一个能独立执行特定任务的智能体，并把这种多机器人系统称为多智能体机器人系统（MARS）。因此，本文中多机器人系统等同于多智能体机器人系统。目前，多机器人系统已经成为学术界研究的热点,而路径规划研究又是其核心部分。
机器人路径规划问题可以建模为一个带约束的优化问题，其包括地理环境信息建模、路径规划、定位和避障等任务，它是移动机器人导航与控制的基础。单个移动机器人路径规划研究一直是机器人研究的重点，且已经有许多成果 1~3］，例如在静态环境中常见的有连接图法、可视图法、切线图法、Voronoi 图法、自由空间法、栅格法、拓扑法、链接图法、证据理论建图等；动态环境中常见的有粒子群算法、免疫算法、遗传算法、神经网络、蚁群算法、模拟退火算法、人工势场法等。然而，多机器人路径规划研究比单个机器人路径规划要复杂得多，必须考虑多机器人系统中机器人之间的避碰机制、机器人之间的相互协作机制、通信机制等问题。 1 多机器人路径规划方法单个机器人的路径规划是找出从起始点至终点的一条最短无碰路径。多个机器人的路径规划侧重考虑整个系统的最优路径，如系统的总耗时间最少路径或是系统总路径最短等。从目前国内外的研究来看，在规划多机器人路径时，更多考虑的是多机器人之间的协调和合作式的路径规划。 目前国内外多机器人路径规划研究方法分为传统方法、智能优化方法和其他方法三大类。其中传统方法主要有基于图论的方法（如可视图法、自由空间法、栅格法、Voronoi 图法以及人工势场方法等）；智能优化方法主要有遗传算法、蚁群算法、免疫算法、神经网络、强化学 习等；其他方法主要有动态规划、最优控制算法、模糊控制等。它们中的大部分都是从单个机器人路径规划方法扩展而来的。 1）传统方法多机器人路径规划传统方法的特点主要体现在基于图论的基础
多机器人路径规划研究方法
多机器人路径规划研究方法 张亚鸣雷小宇杨胜跃樊晓平瞿志华贾占朝 摘要：在查阅大量文献的基础上对多机器人路径规划的主要研究内容和研究现状进行了分析和总结，讨论了多机器人路径规划方法的评判标准，并阐述了研究遇到的瓶颈问题，展望了多机器人路径规划方法的发展趋势。 关键词：多机器人；路径规划；强化学习；评判准则 Abstract:This paper analyzed and concluded the main method and current research of the path planning research for multi robot.Then discussed the criterion of path planning research for multi robot based large of literature.Meanwhile,it expounded the bottleneck of the path planning research for multi robot，forecasted the future development of multi robot path planning. Key words:multi robot；path planning;reinforcement learning;evaluating criteria 近年来，分布式人工智能(DAI)成为人工智能研究的一个重要分支。DAI研究大致可以分为DPS（distributed problem solving）和MAS（multi agent system）两个方面。一些从事机器人学的研究人员受多智能体系统研究的启发，将智能体概念应用于多机器人系统的研究中，将单个机器人视做一个能独立执行特定任务的智能体，并把这种多机器人系统称为多智能体机器人系统（MARS）。因此，本文中多机器人系统等同于多智能体机器人系统。目前，多机器人系统已经成为学术界研究的热点,而路径规划研究又是其核心部分。 机器人路径规划问题可以建模为一个带约束的优化问题，其包括地理环境信息建模、路径规划、定位和避障等任务，它是移动机器人导航与控制的基础。单个移动机器人路径规划研究一直是机器人研究的重点，且已经有许多成果[1~3]，例如在静态环境中常见的有连接图法、可视图法、切线图法、Voronoi图法、自由空间法、栅格法、拓扑法、链接图法、Dempster Shafer 证据理论建图等；动态环境中常见的有粒子群算法、免疫算法、遗传算法、神经网络、蚁群算法、模拟退火算法、人工势场法等。然而，多机器人路径规划