基于改进A*和势场法的轮式煤矿救援机器人路径规划
王宏伟1
李超2
梁威3
姚林虎2
李永安1
1.太原理工大学机械与运载工程学院,山西太原 030024;太原理工大学山西省煤矿智能装备工程研究中心,山西太原 0300242.太原理工大学机械与运载工程学院,山西太原 0300243.太原理工大学山西省煤矿智能装备工程研究中心,山西太原 030024
摘要：煤矿救援机器人在非结构化井下巷道环境中执行搜救任务,传统的路径规划算法用于搜索空间较大或者复杂度较高的非结构化环境时,可能会面临效率低、非最优路径和平滑度较差等问题;此外,巷道存在复杂的交叉口等环境特征,机器人在该区域容易偏离预设路线或与路口壁面发生剐蹭.为了克服这些问题并提高机器人的导航精度,提出了针对轮式煤矿救援机器人的路径规划算法改进方案:①改进启发式全局路径规划A*算法,通过分层邻域搜索与剪枝的方法改进邻域搜索方式,优化代价函数以更好地平衡实际代价和启发式代价的影响,更准确地评估每个节点的代价,使其适应实际情况且缩减了计算量,并利用B样条方法对路径进行平滑处理;②利用随机样本一致算法(RANSAC)构建煤矿巷道壁面的几何模型,以便提取交叉路口特征点坐标纳入规划系统,利用B样条曲线基函数的局部支撑性优化路径,当后续添加路径优化点时,仅影响相应区间的曲线形状,对路径的其余部分不产生影响;③根据构建的环境几何模型和提取的特征点建立综合局部势场,引入调整系数优化势场分布,并使用粒子群算法(PSO)优化的PID算法实现运动控制,增强机器人针对巷道交叉口等复杂环境通行的适应能力.通过MATLAB和机器人操作系统(ROS)仿真验证了算法原理与应用的可行性,结果表明该方法可以实现在复杂交叉环境中路径规划、自主行驶等功能.
关键词：煤矿救援机器人路径规划B样条方法势场控制PID控制算法
分类号：TP242(自动化技术及设备)
资助基金：山西省基础研究计划资助项目(202203021222082)山西省揭榜招标资助项目(20201101008)山西省重点研发计划资助项目(202102100401017)
论文发表日期：2024-08-25
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：12( 159-170 )
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