一种考虑机器人尺寸约束的动态窗避障方法

2012年03月26日14:44:05 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

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梁　山，刘　娟，鲜晓东
重庆大学自动化学院，重庆

摘　　　要：针对大部分反应式避障算法未考虑机器人尺寸约束导致机器人无法通过障碍物间可行通道的问题，提出了一种复杂环境下考虑机器人尺寸约束的动态窗避障方法。利用激光雷达提供的精确测距信息，通过探索机器人运动前方的可通行区域，避免陷入“Ｕ” 型等局部较小区域；以障碍物间可行通道的宽度与机器人自身尺寸间的关系作为新的引导，构造目标函数，提高机器人对穿越路径上有限宽度可行通道的决策能力。仿真实验验证了该方法能避免局部较小问题、利于全局路径优化，提高了机器人在可行狭窄通道间的穿越避障能力，表明该方法具有有效性。

关　键　词：避障；尺寸约束；动态窗法；移动机器人；激光雷达

１　引　言
自主避障是移动机器人实现安全运动的一个基本要求，也是移动机器人能否实现自主作业的一个关键。常见的避障方法，如人工势场法、ＶＦＨ（ＶｅｃｔｏｒＦｉｅｌｄＨｉｓｔｏｇｒａｍ）避障方法、曲率速度方法、动态窗法（ＤｙｎａｍｉｃＷｉｎｄｏｗＡｐｐｒｏａｃｈ，ＤＷＡ）［１］等已能使机器人成功回避障碍物到达目标位置，但当环境较为复杂时，机器人因无法掌握环境连通性信息而易陷入局部较小无法前进［２］。针对该问题，国内外学者提出一些可有效克服局部较小问题的方法［３７］，如重新定义势函数、利用模拟退火算法、融入有效运动规划等。然而，大多数避障算法并没有考虑机器人的形状和运动学约束［８］，通常只是将机器人假设为一个点，对其进行估计［９］。因此对于机器人在障碍物间的穿越运动，由于缺乏精确考虑机器人自身尺寸与障碍物间通道的信息，导致机器人在实际运行中不能通过障碍物间狭窄的可行通道而需重新规划绕行到达目标，致使导航时间和全局路径增加。从移动机器人避障效果的评价指标，运动安全性和路径优化性出发［１０］，用激光传雷达提供精确距离信息，提出一种复杂环境下考虑机器人尺寸约束的动态窗避障方法，使确定路径中的避障运动得到保证，避免对可通行路径的误判及局部较小问题，利于全局路径优化。

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