基于阻塞栅格地图的煤矿救援机器人路径规划
邵小强
刘明乾
马博
李浩
吕植越
韩泽辉
西安科技大学电气与控制工程学院,陕西西安 710054
摘要：针对矿难发生后,煤矿救援机器人面对井下复杂环境使用路径规划算法耗时太长,路径规划过程中产生冗余点过多且易陷入死锁的问题,提出一种基于类型匹配的栅格地图阻塞算法,该算法可通过迭代阻塞以减少栅格地图中无需探索的可通行节点数量.算法的阻塞过程利用定义的栅格节点和其邻节点构成的3×3子图类型与栅格地图进行匹配.首先根据路径规划算法的寻路特点定义可阻塞栅格类型和不可阻塞栅格类型;然后按照各种类型特征进行建模,为每种类型设置权重和偏置;最后将各类型子图与初始栅格地图通过二维卷积操作进行匹配以阻塞无需拓展节点,在使用基于栅格地图的路径规划算法之前对输入栅格地图进行阻塞处理.阻塞节点不会断开原始栅格地图中存在最小成本路径.结果表明:该算法可应用于各种栅格环境地图中,在真实煤矿井下栅格地图环境下,与单独使用路径规划算法相比,使用本文算法结合A*算法与仅使用A*算法相比,该算法结合A*算法路径规划总时间减少60.0％,拓展节点数量减少60.4％;结合蚁群算法与仅使用蚁群算法相比,该算法结合蚁群算法路径规划总时间减少55.8％,迭代次数减少53.7％.所提算法极大缩小了路径规划时间,解决了路径规划死锁问题,在复杂环境地图中优势明显,保证事故救援的及时性.
关键词：煤矿救援机器人栅格地图阻塞栅格地图A*算法蚁群算法
分类号：TD242(矿山设计与建设)
资助基金：国家自然科学基金(52174198)
论文发表日期：2025-07-31
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：13( 249-261 )
英文信息