煤矿巡检机器人路径规划方法
作者
朱洪波，花荣
作者单位
安徽理工大学 电气与信息工程学院，安徽 淮南 232001
一
研究背景
路径规划是煤矿巡检机器人自主移动的关键技术。常用的RRT路径规划算法在搜索过程中具有盲目性和随机性，产生大量无效节点，导致搜索效率较低。对此，提出一种合力势场引导RRT算法，结合路径平滑策略，可使煤矿巡检机器人在短时间内规划出一条光滑的路径，且路径长度较短。
二
研究方法
1） 利用合力势场中的斥力场构建动态步长，使煤矿巡检机器人在障碍物附近调整步长，提高RRT算法收敛速度。
2） 利用目标节点和随机节点2个方向上的引力场与最近障碍物对煤矿巡检机器人产生的斥力场形成的合力场来改善新节点的生成方向，降低树在扩展时的随机性，提高算法搜索效率。
3） 对基于合力势场引导RRT算法规划的路径进行剪枝操作，并利用三阶贝塞尔曲线进行平滑处理。
三
研究结果
设置简单、复杂、模拟煤矿3种仿真环境，对合力势场引导RRT算法、RRT算法和RRT*算法重复进行100次仿真实验。模拟煤矿环境下路径规划结果如下。合力势场引导RRT算法利用障碍物的斥力作用，可在巷道中规划出可行的路径，路径规划时间平均值较RRT算法和RRT*算法分别减少28.06%和42.67%，规划的路径长度平均值分别减少12.22%和10.18%。
在3种仿真环境下对基于合力势场引导RRT算法规划的路径进行剪枝和平滑处理，结果如下。采用路径平滑策略后，规划路径的转折点变少，路径角度变化变小，路径转折点处更加平滑。
作者简介
朱洪波（1988—），男，安徽舒城人，副教授，博士，研究方向为移动机器人定位、导航与控制，E-mail：hbzhu@aust.edu.cn。
通信作者：花荣(2000—)，男，安徽无为人，硕士研究生，研究方向为移动机器人路径规划，E-mail:1626549402@qq.com。
引用格式
朱洪波，花荣. 煤矿巡检机器人路径规划方法[J]. 工矿自动化，2024，50（7）：107-114.
ZHU Hongbo, HUA Rong. Path planning method for coal mine inspection robot[J]. Journal of Mine Automation，2024，50（7）：107-114.
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