基于预测窗的轮式移动机器人最优避障避碰算法

针对非线性轮式移动机器人的避障以及多机器人间的相互避碰问题,提出了一种基于预测窗的避障避碰算法.首先为了便于预测碰撞的发生,通过反馈线性化将非线性的机器人运动学模型转化成线性模型;然后根据线性模型预测会导致机器人发生碰撞的所有相对虚拟加速度变化量集合,称之为加速度变化障碍.基于此,为每个机器人构造既能躲避障碍物又能相互避碰的可行加速度变化集合.然后通过优化指标函数求得最优虚拟加速度变化量,最后将其转换成机器人的实际控制量.这种算法与现有的相比,可使机器人在避障或避碰过程中的行驶方向角、线速度的变化幅值更小,角速度和线加速度的变化更为平顺,而且运行所用的平均时间更短.仿真结果演示了所提出算法的有...

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Published in控制理论与应用 Vol. 37; no. 5; pp. 1045 - 1053
Main Authors 刘中常, 王明杰, 郭戈
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室,辽宁沈阳 110004 01.05.2020
大连海事大学船舶电气工程学院,辽宁大连,116026%大连海事大学船舶电气工程学院,辽宁大连 116026
Subjects
避障算法
预测窗
加速度变化障碍
相互避碰
轮式移动机器人
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ISSN1000-8152
DOI10.7641/CTA.2019.90160

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Abstract 针对非线性轮式移动机器人的避障以及多机器人间的相互避碰问题,提出了一种基于预测窗的避障避碰算法.首先为了便于预测碰撞的发生,通过反馈线性化将非线性的机器人运动学模型转化成线性模型;然后根据线性模型预测会导致机器人发生碰撞的所有相对虚拟加速度变化量集合,称之为加速度变化障碍.基于此,为每个机器人构造既能躲避障碍物又能相互避碰的可行加速度变化集合.然后通过优化指标函数求得最优虚拟加速度变化量,最后将其转换成机器人的实际控制量.这种算法与现有的相比,可使机器人在避障或避碰过程中的行驶方向角、线速度的变化幅值更小,角速度和线加速度的变化更为平顺,而且运行所用的平均时间更短.仿真结果演示了所提出算法的有效性和相对于已有方法的优势.
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Author 刘中常
郭戈
王明杰
AuthorAffiliation 大连海事大学船舶电气工程学院,辽宁大连,116026%大连海事大学船舶电气工程学院,辽宁大连 116026;东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室,辽宁沈阳 110004
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