移动机器人路径规划技术综述
移动机器人路径规划算法研究综述
移动机器人路径规划算法研究综述随着移动机器人技术的发展，路径规划成为了移动机器人应用中的重要问题。
路径规划算法的选择和设计直接影响机器人的导航和运动能力。
本文将综述近年来国内外关于移动机器人路径规划算法的研究进展，并对其进行总结和回顾。
移动机器人路径规划算法的研究可以追溯到20世纪60年代，当时的研究主要集中在基于图搜索的算法，如最短路径算法和A*算法。
这些传统算法通常需要大量的计算和存储资源，对于复杂的环境和大规模问题往往效果不佳。
近年来，随着机器学习和人工智能的快速发展，以及无人车、无人机等移动机器人技术的迅猛发展，基于机器学习和优化的新型路径规划算法也得到了广泛研究和应用。
深度学习在路径规划算法中的应用成为研究热点之一。
深度学习在路径规划中的应用主要集中在两个方面：图像识别和强化学习。
图像识别方面，通过机器学习算法对环境中的障碍物进行分析和识别，从而生成路径规划；强化学习方面，通过机器学习算法和环境进行交互，通过奖励机制来优化路径规划策略。
这些基于深度学习的路径规划算法在复杂环境下表现出较好的性能和鲁棒性。
除了基于深度学习的路径规划算法，还有一些其他的新型路径规划算法也受到广泛关注。
基于遗传算法的路径规划算法，通过模拟生物遗传进化的过程来优化路径规划；基于蚁群算法的路径规划算法，通过模拟蚁群的行为来寻找最优路径。
这些算法在求解复杂问题时具有较强的适应性和鲁棒性，但在计算资源和计算复杂度方面可能存在一定的限制。
移动机器人路径规划算法的研究是一个复杂而有挑战性的问题。
随着移动机器人技术的发展和新型算法的涌现，路径规划算法也在不断进化和演进。
今后的研究方向可以集中在改进传统算法以提高效率和鲁棒性，同时结合机器学习、人工智能等新技术来进一步优化路径规划算法的性能。
移动机器人路径规划算法研究综述
移动机器人路径规划算法研究综述
移动机器人路径规划是指在给定环境中，根据机器人的起始位置和目标位置，确定机
器人的移动路径。
路径规划算法的目标是确保机器人能够安全、高效地到达目标位置，并
尽量避开障碍物和避免碰撞。
目前，移动机器人路径规划算法主要包括几何路径规划算法和图搜索算法两大类。
几
何路径规划算法是基于环境中的几何信息进行路径规划，主要包括最短路径算法和真实时
间规划算法。
最短路径算法是最经典的路径规划算法之一，通过计算起点和终点之间最短
路径的算法来确定机器人的移动路线。
常用的最短路径算法有Dijkstra算法和A*算法。
真实时间规划算法则是在考虑机器人的速度和动力学约束的基础上进行路径规划，以确保
机器人能够在规定的时间内到达目标位置。
对于复杂的环境，几何路径规划算法存在计算复杂度高、搜索时间长等问题。
图搜索
算法在移动机器人路径规划中得到了广泛应用。
图搜索算法是基于图模型的路径规划算法，常用的有广度优先搜索算法、深度优先搜索算法和A*算法。
A*算法在图搜索算法中是最为常用的一种，它利用启发式函数估计起点到终点的代价，通过选择具有最小代价的节点进
行搜索，从而找到最优路径。
除了几何路径规划和图搜索算法之外，近年来还出现了一些新的路径规划算法，如遗
传算法、模糊逻辑算法和神经网络算法。
这些算法往往能够更好地解决复杂环境下的路径
规划问题，提高机器人的路径规划能力。
移动机器人路径规划算法研究综述
移动机器人路径规划算法研究综述1. 引言1.1 研究背景移动机器人路径规划算法研究的背景可以追溯到上个世纪七十年代，随着自动化技术的快速发展，移动机器人作为自主运动和智能决策的机械系统，逐渐成为研究热点。
路径规划是移动机器人实现自主导航和避障的重要技术之一，其在工业自动化、智能交通、医疗护理等领域具有广泛的应用前景。
目前，移动机器人路径规划算法的研究已经取得了一系列重要进展，传统的基于图搜索的算法（如A*算法、Dijkstra算法）和基于启发式搜索的算法（如D*算法、RRT算法）被广泛应用于不同环境下的路径规划问题。
随着深度学习技术的发展，越来越多的研究开始将深度神经网络应用到路径规划中，取得了一些令人瞩目的成果。
移动机器人路径规划仍然存在一些挑战和问题，如高维空间中复杂环境下的路径规划、多Agent协作下的路径冲突问题等。
对移动机器人路径规划算法进行深入研究和探索，对于促进智能机器人技术的发展，提升机器人在各个领域的应用能力具有重要的意义。
【研究背景】1.2 研究目的本文旨在对移动机器人路径规划算法进行研究综述，探讨不同算法在实际应用中的优缺点，总结最新的研究成果和发展趋势。
移动机器人路径规划是指在未知环境中，通过算法规划机器人的运动轨迹，使其能够避开障碍物、到达目标点或完成特定任务。
研究目的在于深入了解各种路径规划算法的原理和实现方法，为实际场景中的机器人导航提供理论支持和技术指导。
通过对比实验和案例分析，评估不同算法在不同场景下的性能表现，为工程应用提供参考和借鉴。
本文旨在总结当前研究的不足之处和未来发展的方向，为学术界和工程领域提供启示和思路。
通过本文的研究，旨在推动移动机器人路径规划领域的进一步发展和应用，促进人工智能和机器人技术的创新与进步。
1.3 研究意义移动机器人路径规划算法的研究意义主要体现在以下几个方面。
移动机器人路径规划算法在工业生产中具有重要意义。
通过优化路径规划算法，可以提高生产效率，降低生产成本，减少对人力资源的依赖，从而提升工业生产的效益和竞争力。
移动机器人路径规划技术综述
移动机器人路径规划技术综述移动机器人路径规划是指在给定环境下，使机器人从起点到达目标点的规划过程。
路径规划技术是移动机器人领域中的基础和核心问题，对于实现机器人的智能化导航和自主决策具有重要意义。
本文将综述当前常用的移动机器人路径规划技术，包括离线规划方法、在线规划方法和混合规划方法。
一、离线规划方法离线规划方法是在机器人运动之前进行路径规划的策略。
其中，最著名的算法是A*算法。
A*算法通过启发式搜索的方式，在搜索过程中综合考虑当前节点到目标节点的代价和路径过程中的启发式信息，从而找到最佳的路径。
此外，还有Dijkstra算法、Floyd-Warshall算法等经典算法可供选择。
离线规划方法适用于环境变化不频繁、地图已知且固定的情况，具有较高的规划准确性和路径优化能力。
二、在线规划方法在线规划方法是机器人在运动过程中实时进行路径规划的策略。
最典型的在线规划算法是基于概率的方法，如经典的蒙特卡洛定位法（MCL）和规划法（MCP）。
MCL将机器人状态的不确定性建模为一组粒子，通过重采样和权重更新来实现路径规划。
MCP则在每个时间步选择具有最高概率的路径作为当前的行动。
此外，还有基于模型预测控制（MPC）的方法，通过建立动力学模型来预测机器人未来的状态，并进行路径优化。
在线规划方法适用于环境变化频繁、无法提前获取完整地图的情况，可以实现实时的路径规划和快速响应。
三、混合规划方法混合规划方法是将离线规划和在线规划相结合的策略。
它可以在机器人的整个运动过程中同时使用离线规划和在线规划，以充分利用两者的优势。
其中，最常见的方法是先使用离线规划方法得到一条初步路径，然后通过在线规划方法进行实时的路径修正和优化。
混合规划方法可以有效平衡规划的准确性和实时性，适用于大型环境、长时间运动的场景。
总结移动机器人路径规划技术是机器人领域中的研究热点，离线规划、在线规划和混合规划是常用的路径规划方法。
离线规划方法适用于环境不变、地图已知的情况；在线规划方法适用于环境变化频繁、无法提前获取完整地图的情况；混合规划方法结合了两者的优势，在整个运动过程中兼顾准确性和实时性。
path planning 移动机器人路径规划方法综述
移动机器人路径规划方法1.1路径规划方法路径规划技术是机器人研究领域中的一个重要课题，是机器人导航中最重要的任务之一,国外文献常将其称为Path Planning,Find-PathProblem,Collision-Free,ObstacleAvoidance, MotionPlanning,etc.所谓机器人的最优路径规划问题，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能避开障碍物的最优路径。
路径规划主要涉及的问题包括：利用获得的移动机器人环境信息建立较为合理的模型，再用某种算法寻找一条从起始状态到目标状态的最优或近似最优的无碰撞路径；能够处理环境模型中的不确定因素和路径跟踪中出现的误差，使外界物体对机器人的影响降到最小；如何利用已知的所有信息来引导机器人的动作，从而得到相对更优的行为决策。
这其中的根本问题是世界模型的表达和搜寻策略。
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[8]。
根据机器人对环境信息掌握的程度和障碍物运动状态的不同，移动机器人的路径规划基本上可分为以下四类: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未知环境下对动态障碍物的路径规划。
因此根据机器人对环境信息掌握的程度不同，可将机器人的路径规划问题可分为二大类即：基于环境先验信息的全局路径规划问题和基于不确定环境的局部路径规划问题。
目前，路径规划研究方法大概可分为两大类即：传统方法和智能方法。
1.2传统路径规划方法传统的路径规划方法主要包括：可视图法(V-Graph)、自由空间法(Free Space Approach)、人工势场法（Artificial Potential Field）和栅格法(Grids)等。
⑴可视图法（V-Graph）可视图法是Nilsson1968年在文献[9]中首次提出。
移动机器人路径规划算法研究综述
移动机器人路径规划算法研究综述移动机器人路径规划算法是指以一定的目标或目标函数为指导，针对运动机器人在确定的空间环境内，通过基于传感器获取到的环境信息，自主地选择最优的行走路径，以达到特定任务目标的一种智能决策方法。
路径规划算法是有关机器人控制和智能化的研究领域之一，在机器人控制和智能化过程中，路径规划算法的设计和实现是非常重要的，本文就移动机器人路径规划算法研究进行综述。
一、基本概念路径规划是指通过在环境中搜索可行路径来指导机器人动作的技术，其中包括四个基本要素：机器人的出发点，机器人的终点，机器人在环境中的运动方式和环境中的障碍物分布情况。
根据路径规划问题的性质和要求，可以将机器人路径规划问题分为全局路径规划和局部路径规划。
全局路径规划是指指导机器人跨越整个环境，从初始点到达目标点的总体路径规划；局部路径规划是指在环境的局部区域内指导机器人移动的路径规划。
在实际应用中，通常采用的方法是全局路径规划和局部路径规划的结合。
二、经典算法1. A*算法A*算法是经典的启发式搜索算法之一。
它通过计算当前节点到目标节点的估计代价值和当前节点到起始点的实际代价值的和，来确定下一步要扩展的节点。
A*算法通过最小化代价的估计值，从而有效地解决了路径规划问题，它被广泛应用于机器人路径规划，图像处理等问题领域。
D*算法是另一种基于启发式搜索的路径规划算法，它具有比A*算法更快的路径修正速度和更好的效果。
D*算法通过依次计算每个样本点到目标的代价，从而找到最优路径。
它的基本思想是在计算当前位置的路径时，不断更新路径代价，以达到最优路径的目的。
3. RRT算法RRT（Rapidly-exploring Random Tree）算法是一种采用随机性探索来构建可行路径的路径规划算法。
RRT算法通过随机地从机器人的当前位置出发，在环境中扩展树结构，并将树的节点作为机器人的目标点，以探索可行路径。
RRT算法是一种高效的路径规划算法，它能够在较短的时间内找到较优路径，广泛应用于机器人路径规划系统。
移动机器人全局路径规划算法综述
移动机器人全局路径规划算法综述随着科技的快速发展，移动机器人在许多领域的应用越来越广泛，如无人驾驶、物流配送、灾难救援等。
全局路径规划是移动机器人导航的重要环节，旨在为机器人提供从起始点到目标点的最优路径。
本文将对移动机器人全局路径规划算法进行综述。
基于图的路径规划算法是一种广泛使用的全局路径规划方法。
在此类算法中，环境模型被表示为图，其中节点代表环境中的关键点，边代表节点之间的连接关系。
常见的基于图的路径规划算法有 A*算法、Dijkstra算法和 Bellman-Ford算法等。
A*算法是一种经典的基于图的路径规划算法，它通过为每个节点分配一个估计代价，并选择总代价最小的节点进行扩展，最终找到从起始点到目标点的最优路径。
Dijkstra算法也是基于图的路径规划算法中常用的一种，它通过不断扩展起始节点，并在扩展过程中更新节点代价，最终找到从起始点到所有节点的最短路径。
Bellman-Ford算法则适用于具有多个节点的图，它通过循环迭代更新节点的代价，找到从起始点到所有节点的最短路径。
基于模型的路径规划算法使用机器学习等技术对环境进行建模，并根据模型生成全局路径。
此类算法通常需要大量的数据来训练模型，并要求环境模型能够准确地反映实际环境。
常见的基于模型的路径规划算法有神经网络、支持向量机(SVM)、模糊逻辑等。
神经网络是一种常用的基于模型的路径规划算法，它通过训练神经网络来学习环境的特征和规律，并生成最优路径。
支持向量机(SVM)则通过将环境特征映射到高维空间，并找到最优的超平面来分割环境，从而生成最优路径。
模糊逻辑则将环境信息表示为模糊变量，并使用模糊规则进行路径规划。
混合路径规划算法综合了基于图的路径规划算法和基于模型的路径规划算法的优点。
此类算法通常使用基于图的路径规划算法来生成局部最优路径，再使用基于模型的路径规划算法来调整和优化全局路径。
常见的混合路径规划算法有遗传算法、粒子群优化算法等。
移动机器人路径规划算法研究综述
移动机器人路径规划算法研究综述1. 引言1.1 移动机器人路径规划算法研究综述移动机器人路径规划算法是指在给定环境地图和移动机器人的起始点、目标点条件下，确定机器人在该环境中的行进路径，使得机器人能够避开障碍物、优化行进路线、最快到达目标点。
路径规划算法是移动机器人领域的重要研究内容，它涉及到人工智能、计算机视觉、控制理论等多个学科的知识，并对移动机器人的行动能力和效率具有重要的影响。
在移动机器人路径规划算法研究中，研究者们通过对基础概念的理解和分析，探索出了许多经典的路径规划算法，如A*算法、Dijkstra算法、最小生成树算法等。
这些算法在不同场景下有着各自的优劣势，为移动机器人的路径规划提供了多样化的选择。
随着人工智能技术的不断发展，越来越多的新型路径规划算法被提出，如深度强化学习在路径规划中的应用、基于机器学习的路径规划算法等。
这些算法在提高移动机器人路径规划的效率和精度方面发挥了重要作用。
移动机器人路径规划算法是一个不断发展的领域，随着技术的不断进步和应用场景的不断拓展，我们有理由相信，未来将会有更多更优秀的路径规划算法出现，为移动机器人的智能化行为提供更好的支持。
2. 正文2.1 基础概念移动机器人路径规划是指在给定环境中，通过算法确定机器人从起点到终点的最佳路径。
在进行路径规划时，需要考虑环境的复杂性和机器人的运动约束，以确保机器人能够安全、高效地到达目的地。
在路径规划中，有几个基础概念需要了解。
首先是地图表示，通常使用栅格地图或连续地图来表示环境。
栅格地图将环境分割成小格子，每个格子表示一个状态，可以是障碍物或自由空间。
连续地图则使用连续的坐标系来表示环境，更适用于复杂环境的表示。
其次是状态空间，即机器人可能存在的所有状态的集合。
状态空间可以是离散的，也可以是连续的，取决于环境的特性和机器人的运动能力。
路径规划算法会在状态空间中搜索最优路径，使得机器人能够安全到达目的地。
还有路径代价的概念，路径代价通常表示机器人在环境中行走的消耗，可以是时间、距离、能量等。
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移动机器人路径规划技术综述
作者：孙梅
来源：《山东工业技术》2016年第21期
摘要：移动机器人的设计与实现能够促进智能化应用的良好发展。
路径规划技术是机器人实现移动功能的主要技术之一。
路径规划技术主要包含局部规划技术以及全局规划技术等。
本文从路径规划技术的作用入手，对移动机器人路径规划技术进行研究和分析。
关键词：移动机器人；路径规划技术；综述
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.21.135
0 前言
移动机器人的实现涉及自动控制、智能、机械等多种学科。
它通常被应用在医疗领域、工业领域等方面。
从整体角度来讲，移动机器人的应用促进了生产效率的显著提升。
路径规划技术是移动机器人的关键技术之一，研究该技术具有一定的现实意义。
1 路径规划技术的作用
将路径规划技术应用在移动机器人中，能够产生的作用主要包含以下几种：
（1）运动方面。
路径规划技术的主要作用是其能够保证移动机器人完成从起点到终点的运动。
（2）障碍物方面。
设计移动机器人的最终目的是将其应用在实际环境中，在实际环境下，移动机器人的运行路线中可能存在一定数量的障碍物，为了保证最终目的地的顺利达到，需要利用路径规划技术实现对障碍物的有效避开[1]。
（3）运行轨迹方面。
对于移动机器人而言，除了实现障碍物躲避、达到最终目的地这两种作用之外，应用路径规划技术还可以产生一定的优化运行轨迹作用。
在移动机器人的使用过程中，在路径规划技术的作用下，机器人可以完成对最佳运行路线的判断，进而更好地完成相应任务。
2 移动机器人路径规划技术综述
移动机器人的路径规划技术主要包含以下几种：
2.1 局部路径规划方面
在局部路径规划方面，能够被应用在移动机器人中的技术主要包含以下几种：
（1）神经网络路径规划技术。
从本质上讲，可以将移动机器人的路径规划看成是空间到行为空间感知过程的一种映射，因此，可以利用神经网络的方式将其表现出来。
就神经网络路
径规划技术而言，首先需要将相关传感器数据当成网络输入，并将网络输出看成是某固定场合中期望运动方向角增量。
在这种情况下，原始样本集则可以用不同选定位置对应的数据代替。
为了保证样本集数据的有效性，需要将原始样本集中的冲突样本数据以及重复样本数据剔除掉。
对最终样本集应用模糊规则，实现神经网络的有效训练。
当典型样本学习完成之后，移动机器人对规则的掌握水平发生了显著提升，进而使得移动机器人在产生智能性能的基础上，顺利完成相应运动[2]。
（2）人工势场路径规划技术。
这种规划技术是指，将移动机器人在实际环境中的运动过程当成其在虚拟人工受力场中的一种运动。
在虚拟人工受力场中，目标终点会对移动机器人产生一定的引力，而该受力场中的障碍物则会对其产生一定的斥力。
在某固定算法的作用下，这两种不同的作用力会产生相应的势，进而形成势场。
当移动机器人在该场中运动时，势场中的抽象力会作用在移动机器人上，使得其完成对障碍物的有效避开。
在人工势场路径规划技术的实际应用过程中，由于结构简单等因素的影响，移动机器人在到达终点之前可能会停留在局部最优点位置上。
对此，需要从数学的角度出发，对势场方程进行重新定义，通过这种方式排除势场中的局部极值，继而保证移动机器人运动的顺利进行[3]。
（3）遗传路径规划技术。
这种路径规划技术建立在自然遗传机制等理论的基础上。
这种技术通过变异、选择以及交叉对控制机构的正确计算程序进行合理编制，进而实现数学方式基础上生物进化过程的合理模拟。
当移动机器人的适应度函数为正数时，允许适应度函数具有不连续或不可导特点。
由于这种路径规划技术不涉及梯度信息，因此其能够更好地解决移动机器人在实际运动过程中遇到的问题。
遗传路径规划技术的应用优势在于，它能够实现跟踪与规划的同时进行，因此，遗传路径规划技术通常被应用在具有时变特点的未知环境中。
2.2 全局路径规划方面
在该方面，可以被应用在移动机器人中的技术主要包含以下几种：
（1）栅格路径规划技术。
这种技术是指，在将实际工作环境分成许多包含二值信息的网格单元的基础上，应用优化算法完成最佳路径的规划搜索。
在这种规划技术中，其网格单元通常是由八叉树或者四叉树的方式表示出来。
在该技术的应用中，栅格的作用是完成相关环境信息的记录。
如果栅格中某位置的累计值相对较低，代表移动机器人可以从该位置通过；如果栅格中某个位置的累计值相对较高，则表示该位置存在障碍物，此时，移动机器人需要利用优化算法将该障碍物避开[4]。
（2）可视图路径规划技术。
这种路径规划技术是指，将整个移动机器人看成一个点，然后分别将其与障碍物以及目标终点连接起来，上述连线要求为保证所连直线不会碰触障碍物。
当所有连线都连完之后，即完成了一整张可视图。
在该可视图中，由于起点到目标终点之间的连线都不涉及障碍物，因此上述所有连线都属于有效直线。
在这种情况下，需要解决的问题主要是从这些连线中找出一条距离最短的连线。
对此，需要应用优化算法将可视图中距离较长的连线删除，这种处理方式能够有效提升移动机器人的搜索时间。
（3）拓扑路径规划技术。
这种规划技术是指，将移动机器人的移动范围，即规划区域分成多个具有拓扑特征的子空间，然后利用不同子空间之间的连通性完成拓扑网络的构建。
当该网络构建完成后，直接从网络中找出能够使得机器人顺利从起点移动到终点的拓扑路径，将所得的拓扑路径作为参考依据完成几何路径的计算。
这种规划技术的劣势主要表现为其拓扑网络的构建过程较为复杂。
但这种规划技术可以实现移动机器人搜索空间的有效缩小[5]。
3 结论
路径规划技术主要分为局部规划和全局规划两方面。
这两方面分别包含人工势场路径规划技术以及神经网络路径规划技术等。
应用这些规划技术之后，移动机器人可以在避开障碍物的基础上，顺利完成起点到终点最优运行轨迹的运动。
参考文献：
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基金项目名称：基于ARDUINO模块化装卸机器人的研究与开发（省教育厅 13C602 ）。