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基于激光雷达的移动机器人实时避障策略_图文

中南大学学报 ! 自然科学版 " 第! " 卷第 # 期 ’ ( ) * ! "!+ ( , # !! !!!!!!! ! !!!!!!! ! # $ $ %年&月 / * $ $ % !# . ! " # $ % &" ’ ( ) & *) % + ," ’ # + $ % # $% .& $ # * % ( / ( 0 1"

基于激光雷达的移动机器人实时避障策略
蔡自兴 #郑敏捷 #邹小兵 ! 中南大学 信息科学与工程学院 "湖南 长沙 " # & 0 $ $ 1 !
摘要 $ 以激光雷达为主要传感器 "对移动机器人设计 一 种 实 时 避 障 算 法 $该 算 法 考 虑 到 机 器 人 的 非 完 整 约 束 "利 用基于圆弧轨迹的局部路径规划和控制使之能够以平滑的路径逼近目标位置 $采用增强学习的方法来优化机器人 的避障行为 "利用激光雷达提供的报警信息形成刺激 反应式行为 "实现了动态环境下避障行为 "具有良好的实时 反应能力 $该控制算法采用分布式软件设计方法 "各功能模块异步运行 "较好地 实 现 了 局 部 规 划 与 全 局 导 航 目 标 的结合 $该策略针对移动机器人 KW 3 7 C 在未知环境下 实 现 了 实 时 %有 效 避 障 "动 作 稳 定 流 畅 "轨 迹 平 滑 "具 有 良好的效果 $ 关键词 $ 移动机器人 &激光雷达 &实时避障 中图分类号 $ L Q # & 文献标识码 $ 文章编号 $ ! # 0 % " # 4 " # $ " # $ $ % $ # 4 $ ! # & 4 $ %

X 2 4 = M 6 7 ? 28 H J 6 4 < = 24 T 8 7 : 4 9 < 2 ; 8 5 ? 8 H 7 = 25 8 H 8 6 J J 6 5 4 6 2 4 J 2 :8 9= 4 J 2 55 4 : 4 5 G @H
! ! 7 Te ; 4 N ; : e 56 +Z K ; : 4 ; > e WA b ; < ( 4 M ; : ? d ?
" ! ! # C D 8 ( ( ) ( E T : E ( / F < H ; ( :C D ; > : D >< : I6 : ; : > > / ; : 7 > : H / < )C ( 9 H 8A : ; J > / G ; H 7 8 < : G 8 <& 0 $ $ 1 !! 7 8 ; : < ? ? B ?

$ ! " # $ % & ’ $ -/ > < ) 4 H ; F >( M G H < D ) >< J ( ; I < : D >< ) ( / ; H 8 FE ( /F ( M ; ) >/ ( M ( HO 8 ; D 8H ( ( Y) < G > // < I < /< G ; H G ? F < ; :G > : G ( /O < G. 9 H E ( / O < / I * L 8 ; G< ) ( / ; H 8 FH < Y > G ; : H (< D D ( 9 : H H 8 >: ( : 8 ( ) ( : ( F ; D/ > G H / ; D H ; ( :( E ? / ( M ( H * 3 ( M ( H D < :G F ( ( H 8 ) > < D 8H 8 >? ( < ) H 8 / ( 9 8) ( D < ). ) < : : ; : < G > I( :D ; / D ) >) ( D 9 GD ( : H / ( ) 4 B/ ? ?M ) ; : *H H 8 >G < F >H ; F ></ > ; : E ( / D > F > : HF > H 8 ( I; G9 G > IH (( H ; F ; ‘ >; H G( M G H < D ) >< J ( ; I < : D >< ) ( 4 ? . ? ! / ; H 8 F* L 8 >G H ; F 9 ) < H > 4 < D H ; ( :M > 8 < J ; ( / ; G E ( / F > IM G ; : H 8 > < ) < / F; : E ( / F < H ; ( :( E ) < G > / / < I < /< : I B9 ? ; H D < :/ > < ) ; ‘ > H 8 >( M G H < D ) > < J ( ; I < : D > ; : H 8 >I : < F ; D > : J ; / ( : F > : H G * L 8 ; G < ) ( / ; H 8 F< I ( H G <I ; G H / ; M 4 B ? . ! 9 H > IG G H > F > < D 8F ( I 9 ) > ; G < G : D 8 / ( : ( 9 G ) > / < H > I< : I H 8 > G G H > FD < :M >> < G ; ) ( F M ; : > IO ; H 8 B B B( . B BD ) ( M < ). ) < : : ; : * L 8 ; G< ) ( / ; H 8 F; GG 9 D D > G G E 9 ) ) ; F ) > F > : H > I( :F ( M ; ) >/ ( M ( HKW 3 7 C* T HD < :M > ? ? ? B . 9 G > IH (< J ( ; IH 8 >9 : Y : ( O :( M G H < D ) > GO ; H 8 ( 9 H D ( ) ) ; G ; ( :< : IH (G ; F 9 ) H < : > ( 9 G ) H > > / H 8 >F ( M ; ) >/ ( 4 BG M ( H H ( O < / IH 8 > H < / > H ; :G F ( ( H 8! G H < M ) >< : ID ( : H ; : 9 ( 9 GF ( H ; ( :* ? $ % % ( ) , % # F ( M ; ) >/ ( M ( H ) < G > / / < I < / / > < ) 4 H ; F >( M G H < D ) >< J ( ; I < : D > *+

!! 实时避障能力的高低是反映移动机器人智能水 平高低的关键因素之一 &国内外 学者 对 实时 避 障 问 题进行了大 量 的 研 究
’ ( 0!

对机器 人 的 ) 斥 力* !而 目 标 则 表 现 为 对 机 器 人 的 ) 引力 * !最后通过求 合 力 来 控 制 机 器 人 的 运 动 &但 由于势场法把所有信息压缩 为单 位合力 !这样 就容 易将有关障碍物分布的有价值信息丢失 !且非常容

!目 前 比 较 有 效 的 方 法 主

要是势场法和栅格法 &在 势 场 法 中 !障 碍 物 表 现 为
收稿日期 $ # $ $ U $ % # 1 基金项目 $ 国家自然科学基金重点资助项目 " # % $ # ! & $ ! $

作者简介 $ 蔡自兴 " !男 !福建莆田人 !教授 !博士生导师 !从事人工智能 +智能控制研究 0 S ! 1V #

万方数据 论文联系人 $ 蔡自兴 !男 !教授 !博士生导师 %电话 $ " $ " ! 0 4 1 1 " " ! U U W#

第 # 期 !!!!!!!!!!!!!!!! 蔡自兴 "等 (基于激光雷达的移动机器人实时避障策略
#$ 易陷入局 部 最 小 的 情 况 !为 此 " a * X ( / > : G H > ; :等 & 设

)! # U)

%$ 前方的环境信息 # !这 里 采 用 二 维 笛 卡 儿 矩 形 栅 格

计了一种 ’ = 5 方法 !该方法采用栅格表示环 境 "由 该方法控制的移动机器人表现出良好的性能 "但是 " 它并没有考虑机器人的宽度 %动力学特性 "机器人较 难走完预定的轨线 !

来表示雷达探测的 环 境 !栅 格 大 小 的 选 取 直 接 关 系 到控制算法精度的 高 低 "考 虑 到 激 光 雷 达 精 度 较 高 且速度快 "选择 UD 长 ] 宽’ 为 0 个 栅 格" F]UD F& 这样建立的机器人环境模型 可以 达到较 高 的 精 度 和
$ "0 ! ! 实时性 #

0! 系统结构
U$ 所 设 计 的 系 统 是 分 布 式 软 件 系 统# "如 图 0

通过式 & 可以把激光雷达测得的距离信息映 0’ 射到机器人的环境坐标系 & 世界坐标系 ’ 中(

所示 !

*

" + ;$+ E)D ( G& + + /, 0, #’ ! ;$ E)G ; :& + + C C /, 0, #’

& ’ 0

式中 (& 为 障 碍 点 在 世 界 坐 标 系 中 的 坐 标+ + ;" ;’ C & 为机器人中心在世界坐标系中的坐标 + + E为 C /" /’ 激光雷达探测到的距离 & 若激 光雷达 不 是 水 平 放 置 " 则还需要把距离信息根据俯 仰角转 换为 水 平 距 离 ’ +

+ + 0 为机器人的航向角 + # 为 激光束 与激光 雷达 正 前 方的夹角 "如图 # 所示 !

图 A! 控制系统结构

F 7 " A!/ D 8 ; H > D H 9 / >( E D ( : H / ( ) G G H > F B G 激光雷达的信息通过通讯模块 0 传 递 到 环 境 建 模模块建立环境地 图 "并 产 生 避 障 算 法 所 需 的 活 动 窗口信息 "由监控端 设 定 的 目 标 点 和 从 运 动 控 制 模 块传递来的机器人位姿参数 在环境 地 图 中 产 生 映 射 目标点 !窗口信息和 映 射 目 标 点 通 过 通 讯 模 块 0 和 # 传递到避障模 块 !避 障 算 法 通 过 通 讯 模 块 # 发 出 相关的控制指令 "传 递 到 运 动 控 制 模 块 并 控 制 机 器 人运动 "实现实 时 避 障 !整 个 系 统 中 各 模 块 异 步 运 行" T Q 7 0 和T Q 7 $ 通过 3 # ! # 串口进行通讯 "这样可 以满足实时性要求 ! T Q 7 0 和T Q 7 $ 中的各模块采用进 程间的通讯相连 !实验证明 "该系统运行稳定 %可靠 " 实时性好 !
图 B! 雷达信息到环境坐标的转换

F 7 " B!L / < : G ; H ; ( :( E / < I < / ; : E ( / F < H ; ( :H ( G > : J ; / ( : F > : H D ( ( / I ; : < H > 通过式 & 可以将障碍点坐标映射到栅格环境 #’ 地图中相应的栅格上 !

*

& , )Y, & , ’ " + ; : H + ; Y’ ; : H Y # ?$ & , )Y, & , ’ ! ; : H Y’ ; : H Y # ; C C ?$

& ’ #

式中 (& 为障碍点对应的栅格在世界坐标系 + C ?" ?’ 中的坐标 + Y 为 栅 格 的 宽 度 !这 样 "可 以 把 整 个 环 境用栅格表示 出 来 !同 时 "还 设 计 了 一 个 活 动 窗 口 模型 !在环境栅 格 地 图 中 "以 机 器 人 当 前 位 置 为 圆 心 "在机器人正前方开辟一 个半径 为 ! 的 半 圆 作 为 活动窗口 "并且 建 立 机 器 人 坐 标 系 "原 点 为 机 器 人 当 前 位 置 !在 坐 标 原 点 模 拟 激 光 雷 达 发 射 虚 拟 的 !射 线 在 活 动 窗 口 中 碰 到 障 0 1 0 条射线 "间 隔 为 0 i 碍物时 "就会返回障 碍 物 到 坐 标 原 点 的 距 离 E ’!若

#! 控制算法
B" A! 环境建模 C T 7 g 公 司 制 造 的 [KC # S 0激光雷达在每个时 间周期都会获得前方 $ 范围内的! i 1 $ i % 0个距离 %0 数据 "每 万方数据 获得 0 个 数 据 "可 以 精 确 反 映 机 器 人 $* U i

’! # %’

中南大学学报 # 自然科学版 $ "卷 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 第 !

E !!则取 E 1 0个 ’7 ’ $!"同时 !在活动 窗口 中 的 0 对应 0 个方向 !称为 方向中提取 ! " 个方向 !每隔 U i
! " 个候选方向 "在每个候选方向上 同 样 存在 0 个返 回值 8 $ 确定 " ! H !通过式 # F ; : E 8 ’! H$ 0 $" %% U ’ #U H&U# H,U H"! ; : E ! 8 H$$% $$ F ’! /
$# ’ #U

所在的方向及 其 左 边 的 方 向 "所 以 !机 器 人 能 选 择 的最 靠 右 的 方 向 就 是 与 6& 平 行 的 方 向 V # # !在

6& 中 !有 & :/

1 ; :E 8 ! %$ F ’!
0 " U# ’ 1 $ #0

%" H$!

/ -’G ; : +" / 6& $ G ; : , 其中 & % " 6& $0 # U i 6&-$! U i +$ 9/ ,$ 9/ # $ ! B" C! 候选方向的评估 把障碍物细分为障 碍 点 !所 有 障 碍 点 对 机 器 人
的候选方向的影响之和就是整 个障碍 物 对 机 器 人 的 总的影 响 "在 图 ! 中 !若 障 碍 点 在 6 ’ -6 ’ ,0 之 间 ! 则机器人的右侧边 5( 只能 转到 -’ 6’ 方 向 及 -’ 6’ 左边的方 向 !与 6’ 平 行 的 候 选 方 向 就 是 可 选 方 ’ 向中最靠右的方向 "该 方 向 可 以 看 作 是 障 碍 点 所 产 生的不可通过 区 域 的 左 边 界 %同 样 地 !障 碍 点 也 会 产生一个不可 通 过 区 域 的 右 边 界 "如 图 & 所 示 !障 碍物 Q 产生的不可通过区域的左边界方向角和右边 界方向角可由式 # $ 求出 & U # $ V V U . . H! H" )$ ’& /$ ’, !,U !&U 式中 & . ) 为障碍点 Q 产生的不可 通过 区 域 的 左 边 界 角% . / 为障 碍 点 Q 产 生 的 不 可 通 过 区 域 的 右 边 界 角% V H为障碍物所在的 ’ 为障碍 点 所 在 的 方 向 角 % 影响层的层数 % /5( U" !$ 90

其中 & $# %! $# ’ 1 $"这样 !主 要 根 据 ! "个 #0 H#! 候选方向及候选方向上的 8 H 进行方向评估 " 把活动 窗 口 按 距 离 机 器 人 中 心 的 距 离 分 成 " 层 "最内层是 保 护 层 !若 障 碍 物 进 入 内 层 !则 机 器 人会做出反射式动 作 如 停 止 或 后 退 !以 保 护 机 器 人 不会碰上障碍物 "机 器 人 的 保 护 层 是 矩 形 机 器 人 的 外切半圆 "外面的 % 层称为影响层 " B" B! 影响层的划分 图 ! 中圆弧为保护 层 !矩 形 代 表 矩 形 机 器 人 的 前半部分 ! 5( 表示机器人右侧边 ! V V 0 1! % 分别表 示机器人候选方向 "过 V ! $ -V ! %与 保 护 层 半 圆 弧 的 焦点 -0 --" 作 V 0 S -V # U 的 平 行 线 !交 V # S于 6 0" 由于机器人候选 方 向 之 间 的 夹 角 为 ! 故 机 器 6" U i 人右侧边 5( 的可选方向的分辨率也为 U "假 设在 i V # S 方向上有障碍点位 于 6 ’ 和6 ’ ,0 之 间 !则 5( 可 以选择的 方 向 为 -’ 6’ 及 -’ 6’ 左 边 的 方 向 "因 此 ! 可以把 5( 可选 的 角 度 间 隔 映 射 到 V# S 上 !从 而 可 以把机器人活动窗 口 划 分 成 相 应 " 层 "图 ! 中 ! 60

/ 60 -/ 6" 为 各 影 -6 " 为各 影 响 层 与 V # S的 焦 点! $ 求出 & 响层距离机器人中心的长度 !可由式 # & / G ; :9/ 6 ’’ ’ " / 6 ’$ G ; :9/ 6 -’ ’
# $ &
图 D! 候选方向的评估

式中 & / / 6 ’ 为矩 形机器 人外 切圆的 半 径 %9 ’ ’$ # 由机器人的机械结构决定$ %96 ’ " 0 # U i / -’$ ’ U i ’

F 7 " D!6 J < ) 9 < H ; ( :( E D < : I ; I < H >I ; / > D H ; ( : G 由图& 可以看出 !对于不同的矩形机器人 ! !不 同 "每一个障碍点) 都由式 # $ 计算出所影响的. U D和

);/! . / 为一个障碍物中障碍点的集合 "机 器人 /% 的可选方向为
( " 0 0 ’ ; : ’ < N "F . 7F . ’$ ) ’ ) )! / )*
);/ );/

# $ %

式中 & . ) ) 和. / ) 为) 障碍点所产生的左边界角和右边界 角 "从图 & 可以看出 !障碍物 R 在第 & ! U 和 % 层 !影
图 C! 影响层层次的划分

响周围较多的方向 !而障碍物 Q 在第 % 层和第 " 层 ! 影响周围较少的方向 "图 & 中深灰色表示障碍物 !浅 灰色表示候选方向 !白色表示机器人可选方向 " B" D! 机器人方向的选择 经过评估 后 !机 器 人 的 可 选 方 向 可 能 有 多 个 !

F 7 " C!R ; J ; G ; ( :( E ; : E > D H ; ( :) < > / B G 以/ 6& 为例 !若障碍物处于 6& 与 6U 之间 !则 机器人的万方数据 右 侧 边 5( 能 避 开 障 碍 点 的 方 向 是 6&

第 # 期 !!!!!!!!!!!!!!!! 蔡自兴 !等 #基于激光雷达的移动机器人实时避障策略

(! # "(

对于目标导向的移 动 机 器 人 !需 要 定 义 一 个 代 价 函 数来评价各个 可 选 方 向 !以 选 择 最 佳 方 向 "定 义 代 价函数为 # % $ $ " $ % 4 $ 4! ) , 4! ) " S$ 0) #) /% ?% # # 式中 # $ ! % 为 待 评 价 的 可 选 方 向 与 目 标 方 向 的 )4 ) ? 为待评价的可选方向与机器人航向 夹角 & 4! ) )$ /% 的夹角 & 4 为可选方向 & ) ) / 为机器人 ? 为目标方向 & 的航向 & 表示机器人越以 0 和# # 为常数 " 0 越大 ! # # 目标为导向 & # 越大 !表 示 机 器 人 航 向 角 的 变 化 越 # 平滑 !轨迹也越平滑 "计算每一个可选方 向 的S$ % ! 4 选取最小的值作为 机 器 人 下 一 个 时 刻 的 方 向 "为 了 保证机器人朝着 目 标 前 进 !式 $ 中还需满足# "% 07 1! !" # "在本文的试验中 !选取 # 0$ #$ # # B" E! 轨迹的运动控制 采用圆弧运动转到 所 选 的 方 向 上 "圆 弧 的 曲 率 半径若选得过 小 !则 会 使 机 器 人 动 作 不 连 续 &若 选 得过大 !则机器人有 可 能 在 没 有 转 到 所 选 的 方 向 之 前就碰到障碍 物 "在 本 文 设 计 的 算 法 中 !在 正 常 情 况下 !机器人 以 高 速 XF< N 运 行 !当 机 器 人 活 动 窗 口 出现障碍物且要开始避障时降低 速 度 !使 其 为 X ) ( O" 采 取 圆 弧 避 障 的 策 略 !并 采 取 固 定 圆 弧 弦 长 的 方 法 !即 控 制 机 器 人 在 一 段 距 离 之 内 到 达 预 定 的 方 向 "轨迹的运动控制如图 U 所示 "

式中 # X + 为所选方 ) 和X / 分 别 为 左 ’右 轮 的 速 度 & 向与机器人航向的交角 & ) ! R$! Q$E #& E 为矩形 机器人的宽度 "由式 $ % 可得 # 1 # ) # X X X X /$ ) ( O! )$ ) ( O" ),0 ),0 0 ) 0 !, Q R G ; : # + # 其中 # " )$ 0 ) 0 !& Q R G ; : # + # 故机器人左 ’右轮速度可以设定为 X / 和X )" 为了保证机器人运 动 平 滑 连 续 !需 要 保 证 机 器 人的速度在圆弧转动过程 中都为 正 !即 X $! X /6 )6 $ % S

E ) $!联 立 式 $ S%有 #0 !6 G ; :+ #" 其 中 # +; #
# ( !( "显然 ! 0 !6 5E!这 里 选 取 最 短 的 弦 $& # #% & # 长! 0 !$5E" & B" S! 路径规划中的增强学习策略 为了提高机器人的 避 障 性 能 !设 计 了 一 种 加 强
S! 0 $+ 学习的策略 * "首先 把 活 动 窗 口 保 护 层 和 机 器 人

之间分为 Q! R! M 和 - & 个区域 !如图 % 所示 "

图 E! 轨迹的运动控制

图 S! 增强学习区域的划分

F 7 " E! K ( H ; ( :D ( : H / ( ) ( E ) ( D 9 G G 图U 中 ! QQ ;和R R ;分别为机器人左 ’右轮的运 动轨迹 & ! 和 0 分别 为 机 器 人 运 动 前 ’后 机 器 人 中 心的位置 "其中 !箭 头 方 向 表 示 机 器 人 在 ! 位 置 时 =< 的航向 ! ! 0方向为机器人所选择 的方 向 "由 图 U 可 得#

F 7 " S!R ; J ; G ; ( :( E > : E ( / D > F > : H G H 9 I / > < B< G 通过分析得出 # % & ’ $! " ;$ 8 ’"-F ; :! 0 !$0! % & ’ "! 0 1 ;$ $"0! ’"-F ; :! !$0! 8 $ % 0 $ ! / % & ’ 0 1! # S $70! ;$ ’"-F ; :! !$&0! 8 1 !$&0! % " ’ # S! ! % ;$ 8 ’"-F ; :!

X / !,! R! / 0 $ X ) / ! &! Q 0 ! ! 0 ! / !$ $ / # G ; : + , #(G ; : # X X /, ) " X ) ( O$ 万方数据 # 1
$ % 1

X ) 式中 # X $! X $& $$ & $70 表 明 机 器 人 右 后 )" /" X /
退& $"0 表明机 器 人 左 后 退 " ! 为加强学习的标志 位! -F ; :为 !_0 表 示 向 右 偏 ! !_ V0 表 示 向 左 偏 & 保护层的半径 " 结合式 $ % 和图 % 可 以 看 出 !当 障 碍 物 进 入 B 0 $

+! # 1+

中南大学学报 # 自然科学版 $ "卷 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 第 !

区和 T 区时开始加强学习 !此时 记 住 应 该 选 择 偏 右 的方向 !使 机 器 人 远 离 障 碍 物 "在 Q 区 时 !机 器 人 左后退 !当 障 碍 物 离 开 Q 区 时 !停 止 后 退 !使 机 器 人在选择方向时在可选的方 向中选 择 远 离 障 碍 物 即 偏右的方向 "在 M 区时 !机器人不后退 "在 实验 中 ! 当!$0 时 !机器人 选 择 的 方 向 为 由 式 # 的代价函 "$ 数所评估的方向所在的 方 向 角 加 上 角 度 +%当 !$0 时 !机器人选 择 的 方 向 为 由 式 # 的代价函数所评 "$ 估的方向所在的方向角减去角度+"实 验 中 ! + 选取 时效果比较理想 " 0 $ i 此外 !利用 C T 7 g 公司的激光雷达提供的报警 信号 !并形成刺激 反应式行为 "该激光 雷 达 把激 光 雷达前方的区域分 成 多 个 区 !当 激 光 雷 达 在 不 同 的 区域探测到障 碍 物 时 !就 提 示 不 同 的 报 警 信 号 "利 用其 中 最 靠 近 激 光 雷 达 周 围 的 & 个 区 域 Q B! R 6! 如图 % 所 示 $ !并 对 & 个 区 进 行 编 码 "当 M T! -@ #

碍物 !到达目标点 "

图 U! 机器人实时避障实验结果

F 7 " U!6 N > / ; F > : H / > G 9 ) H( E / > < ) 4 H ; F > . G ( M G H < D ) >< J ( ; I < : D > E ( /F ( M ; ) >/ ( M ( H

Q B 和T M 报警时进行加强学习 !使!$0!进入Q 区
时机器人 左 后 退 "当 R 6 和 -@ 报 警 时 ! !$ &0! 进入 R 区时机器人右后退 "通过 加入 激 光 雷 达 报 警 信 号 可 以 提 高 机 器 人 对 于 动 态 障 碍 物 的 反 应 能 力" 实验证明 !在 障 碍 物 运 动 速 度 不 高 的 动 态 环 境 下 ! 该方法效果较好 "

&! 结 ! 论
4 "采用 C T 7 g 公司的 [KC # S 0 激光雷达作为探 测环境的主要传感 器 !针 对 移 动 机 器 人 设 计 了 一 种 实时避障 算 法 "该 算 法 考 虑 到 机 器 人 的 非 完 整 性 ! 采用基于圆弧轨迹 的 局 部 路 径 规 划 和 控 制 !使 移 动 机器人路径平 滑 !动 作 流 畅 "该 算 法 还 采 用 增 强 学 习的方法 来 进 一 步 补 充 机 器 人 的 避 障 性 能 "同 时 ! 利用 激 光 雷 达 提 供 的 报 警 信 息 形 成 刺 激 反 应 式 行 为 !实现了动态 环 境 下 避 障 行 为 "控 制 算 法 设 计 分 布式控制系统 !各 功 能 模 块 异 步 运 行 !容 易 实 现 全 局规划与全局导航目标的结合 " H "利 用 该 算 法 可 控 制 移 动 机 器 人 KW 3 7 C在 未知环境下实时检 测 出 障 碍 物 并 有 效 避 障 !动 作 流 畅 ’平滑 !性能优良 " < "本算法虽然是针对矩形机 器人 得出的 !但是 对于一般类似形状的机器人 可以取 其外 切 矩 形 来 代 替 !具有一定的扩展性 " 参考文献 !
( ) 0 ! 叶 ! 涛 !陈尔奎 !杨国胜 !等 *全局环境未知时机 器 人 导航和避障的 一 种 新 方 法 ( ) * a *机 器 人 ! # $ $ !! # U# %$ U 0 % U # $* !756 !f-+Z Z ! f 6L < ( +6 / 4 Y 9 ; 9 ( 4 G 8 > : > H< ) *? : ( J > )F > H 8 ( I( E: < J ; < H ; ( :< : I( M G H < D ) >< J ( ; I < : D >E ( / ? ( ) F ( M ; ) >/ ( M ( H; :? ) ( M < )9 : Y : ( O :> : J ; / ( : F > : H a *3 ( 4 ! # $ * M ( H # $ $ !! # U % U 0 % U # $* ( ) # 9 > / / > / (aa *A : D < ) ; M / < H > IJ ; G ; ( :M < G > I( : ) ; : > G E ( / / ( 4 !7

!! 实验结果
C" A! 实验系统 控制算法在中南大学智能研究 所 研 制 的 移 动 机 器人 KW 3 7 C 上 实 现 "KW 3 7 C 是 一 个 矩 形 车 !其 长 ] 宽 ] 高为 1 $ $FF]" $ $FF]00 $ $FF"前 面 & 个轮子为驱 动 轮 !后 面 0 个 轮 子 为 万 向 轮 !它 是 0 个从动轮 "KW 3 7 C 是一种基于 通 用 工 控 机 # T Q 7$ 的移动机器 人 !采 用 C T 7 g 公 司 的 [KC # S 0激光雷 达作为主要传感器 !以 R L 4 1 U $ 控制卡来驱动步进 电机来实现运动控制 " C" B! 实验结果分析 当机器 人 前 面 比 较 开 阔 时 ! 机 器 人 以 高 速 前 进 %当需要避障转向时 !机器人会切换到低 速 状 态 " 高速为 # & !低速为 U & "在典型环境下 !机 $ D F G D F G 器人实时避障 实 验 结 果 如 图 " 所 示 "其 中 !浅 黑 色 的区域表示机器人 的 轨 迹 !黑 色 区 域 表 示 激 光 雷 达 探测到的障碍 物 !可 见 实 验 室 的 墙 壁 !中 间 的 黑 色 万方数据 区域是障碍物 "可 以 看 出 !机 器 人 很 平 滑 地 绕 过 障

第 # 期 !!!!!!!!!!!!!!!! 蔡自兴 #等 &基于激光雷达的移动机器人实时避障策略

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万方数据

基于激光雷达的移动机器人实时避障策略
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数: 蔡自兴, 郑敏捷, 邹小兵, CAI Zi-xing, ZHENG Min-jie, ZOU Xiao-bing 中南大学,信息科学与工程学院,湖南,长沙,410083 中南大学学报(自然科学版) JOURNAL OF CENTRAL SOUTH UNIVERSITY(SCIENCE AND TECHNOLOGY) 2006,37(2) 12次

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本文读者也读过(2条) 1. 杨明.董斌.王宏.张钹.Helder Araújo 基于激光雷达的移动机器人实时位姿估计方法研究[期刊论文]-自动化学 报2004,30(5) 2. 郑敏捷.蔡自兴.于金霞.Zheng Minjie.Cai Zixing.Yu Jinxia 一种动态环境下的移动机器人避障策略[期刊论 文]-高技术通讯2006,16(8)

引证文献(12条) 1.杨森森.张伟军.谢一峰 基于GPS/INS/Lidar的无人车导航[期刊论文]-机电一体化 2013(2) 2.CHU Tao.SUN Fu-chun.MENG Li-xia Path Planning Approach Based on Dual Laser Radar Fusion[期刊论文]东华大学学报(英文版) 2012(1) 3.段琢华.CAI Zi-xing.于金霞 激光雷达异常检测及鲁棒测量模型[期刊论文]-系统仿真学报 2008(6) 4.石磊.苏丽颖 基于optotrak的模块化机器人实验研究[期刊论文]-微计算机信息 2007(23) 5.黄敦华.李勇.薛梅 校园内导游服务型自主移动机器人设计与实现[期刊论文]-制造业自动化 2010(12) 6.吴越.蓝伟.许大浦.苏波 一种基于单线激光雷达的无人车辆导航避障系统设计[期刊论文]-计算机测量与控制

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