机器人越障机制与路径规划的研究现状

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机器人技术的发展，他应该说是一个科学技术发展共同的一个综合性的结果。同时，为社会经济发展产生了一个重大影响的一门科学技术。它的发展归功于在第二次世界大战中各国加强了经济的投入，就加强了本国的经济的发展。比如说日本，战后开始进行汽车的工业，那么这时候由于它人力的缺乏，它迫切需要一种仪机器人来进行大批量的制造，提高生产效率降低人的劳动强度，这是从社会自身发展的必然结果。另一方面，它也归功于电子技术，计算机技术以及制造技术等相关的发展为其提供了强大的技术保证。64535

2 机器人越障的必要性

随着计算机技术和人工智能技术的飞速发展，机器人技术的应用在科学研究与运用中已经扮演越来越重要的角色。但是，随着人们对机器人的性能要求越来越高，使得机器人技术已经成为各国研究的热点，对于机器人越障的路径规划便是其中一大热点。在诸如像行星表面、天然矿厂、山地路面等复杂非结构化环境下工作的机器人必须具备较高的机动性能和较强的越障能力。于是，多自由度越障机构的研究就显得尤为重要。论文网

3 越障机制与路径规划的现状

使机构具有确定运动时所必须给定的独立运动数目。若机构的主动件数多于自由度数，则可能使其中驱动功率较小的主动件被迫变为从动件，或使机构卡住不动，甚至遭到破坏。一般自由度越大，所实现的难度越大，但是越障的性能却是越好。

传统的越障机制可分为轮式、腿式、履带式以及复合式等类型。其中轮式、腿式、履带式移动机构都有其自身优点，但都存在一定不足。采用复合型移动机构能在一定程度在兼顾以上3种单一移动机构的优点，又能消除单一移动机构存在的不足。关于采用复合移动机构的机器人的越障，国内外已有相关研究。北京理工大学的段星光等针对危险环境下对移动机器人的运动要求，提出了一种具有越障功能的小型地面轮—履带复合型移动机器人。南京理工大学的冯虎田等建立了六履带小型地面移动机器人越障的动力学建模。田纳西大学的Chen等对一种管结石履带机器人进行了研究，并实现了该机器人自主跨越斜坡障碍。

越障机制的路径规划常用以下几种方法：基于几何构造的方法、栅格法、智能化路径规划方法、人工势场法。1，其中，基于几何的构造方法最为简单，采用图搜索算法（如Dijkstra算法）寻找最优路径。但也由于其过于简单，在实际运用中，不能很好地解决实际复杂地形的越障问题。2，栅格法，即将地形用栅格的形式表现，不同颜色的小方格表示不同的障碍物，再通过算法寻得最优路径。一般采用D*(dynamic A*)算法，美国火星探测器核心的寻路算法就是采用的该算法。D* 算法的思路可以推广到改造自由空间法使其具有动态规划功能。栅格法适用于动态路径规划。3，智能化路径规划方法，该方法一般具有全局寻优性能，对于无约束优化问题可以得到全局最优解。4,人工势场法，该方法最为形象。其基本原理是，障碍物对机器人施加斥力，目标点对机器人施加引力，合力形成势场，机器人移动就像球从山上滚下来一样。但是，该方法也有其缺点，就是容易进入死锁。死锁现象的实质是落入局部极值（即斥力与引力的合力为零）。不少改进算法能避免死锁，如APF与随机采样相结合的RPP算法、APF与遗传算法相结合。当然，对于路径规划的方法还有不少其他方法，不过以上4种是最为常用。