基于新型栅格启发式算法的矿井机器人路径规划 论文

在传统正方形栅格地图中，存在机器人遇到障碍物时沿对角线方向移动易与障碍物碰撞，其绕障和平稳性等方面的能力较差且实时探测过程中每步消耗的时间无法唯一确定等问题。针对上述问题，提出了以正六边形栅格化的工作环境为基础，采用改进的启发式路径搜索算法对多个并行移动的矿井机器人进行路径优化的方法。从绕障转角、绕障能力及最优路径3个方面，对单个机器人在正方形和正六边形栅格建模环境中的运动性能进行比较分析，结果表明：就单个机器人来说，正六边形栅格地图下的路径长度代价小于正方形栅格地图的路径长度代价；从单个机器人的路径规划来看，正六边形栅格地图更有利于获得最短路径，从而得出正六边形栅格比传统正方形栅格更适合于机器人工作环境的建模。针对多个协同操作的机器人并行移动的路径规划问题，在正六边形栅格化的工作空间建模基础上，采用改进的启发式路径搜索算法对多个机器人的路径进行优化：采用改进的启发式估计函数规划多个协同操作的机器人路径，该函数决定了当前机器人所在位置周围所有相邻栅格中哪一个即将被机器人遍历。依据机器人已经遍历的栅格数和候选栅格与该机器人目标栅格之间的变形曼哈顿距离，该启发式估计函数可评估出相邻栅格的适《基于新型栅格启发式算法的矿井机器人路径规划》这篇论文主要探讨了矿井机器人路径规划的问题，提出了一种以正六边形栅格化为工作环境基础的改进启发式路径搜索算法，以解决传统正方形栅格地图中机器人路径规划的不足。在传统的正方形栅格地图中，机器人在遇到障碍物时沿对角线移动可能导致与障碍物碰撞，而且这种路径规划方法在绕障和平稳性方面表现不佳，同时在实时探测过程中每步消耗的时间不确定。为了解决这些问题，论文提出采用正六边形栅格地图代替正方形栅格。正六边形栅格有以下优势：它能更好地模拟现实世界中的空间关系，因为它的边角更符合自然界的形状；正六边形的相邻节点之间的距离更加均匀，有助于提高路径规划的效率和准确性。论文通过对比分析发现，单个机器人在正六边形栅格地图下路径长度的代价小于正方形栅格地图，这表明正六边形栅格更利于找到更短的路径。此外，正六边形结构可以提供更好的绕障能力，因为机器人可以在更平滑的路径上转向，减少与障碍物的接触风险。对于多机器人协同操作的路径规划，论文提出了一种改进的启发式路径搜索算法。这个算法基于一个改进的启发式估计函数，该函数能够决定机器人将遍历的下一个相邻栅格。函数的评估标准包括机器人已遍历的栅格数量和候选栅格到目标栅格的变形曼哈顿距离，这使得算法能够更精确地预测和规划多个机器人的最优路径。论文中涉及的关键技术包括静态和动态障碍物的处理。静态障碍物是指在规划路径时已知且固定不变的障碍，而动态障碍物则可能在机器人执行任务期间出现或移动，对路径规划提出更高的实时性和适应性要求。通过应用改进的启发式路径搜索算法，机器人可以更灵活地应对这些变化，确保路径的有效性和安全性。这篇论文对矿井机器人路径规划进行了深入研究，通过采用正六边形栅格和改进的启发式算法，提升了路径规划的效率和避障能力，尤其适用于多机器人协同作业的复杂环境。这一成果对于推进智慧矿山的建设和提高矿井安全具有重要意义，同时也为其他领域的自主导航系统提供了有价值的参考。