![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/18652372/bg1.jpg)
维普资讯 http://www.cqvip.com
第
26
卷第
12
期
2006
年
12
月
计算机应用
Computer
Applications
Vol.
26
No.
12
Dec.
2006
文章编号:
1001
-9081
(2006)
12
- 3039
-04
越野环境建模与动态路径规划
巩绪生,史美萍,李
蛊,贺
i
又根
(国防科技大学机电工程与自动化学院,湖南长沙
410073)
(man_chairs@
yahoo.
com.
cn)
摘
要:针对越野环境下移动机器人的导航与控制问题,提出了一种越野环境下环境建模与动态
路径规划方法。该方法能够针对地形的数字高程模型,在结合考虑机器人的性能约束和地形特征等
因素的基础上有效地实现越野环境的建模;在此基础上的路径规划未用全局信息与局部信息、前期规
划结果与当前规划相结合的方法,满足了越野环境下动态路程规划的要求。实验结果表明,该方法能
够很好地适应各种复杂的越野环境。
关键词:越野环境;环境建模;路径规划;移动机器人
中固分类号
:T
P3
9
立献标识码
:A
Field environment modeling and dynamic path planning
GONG
Xu-sheng
,
SHI
Mei-ping
, LI
Yan
,
HE
Han-gen
(Department
0/
Electrical Engìneering
and
Automatìon, Natìonal Unìversity
0/
D
,
价
nse
TechTWlogy, Changsha Hunan
41
∞
73)
Abstract: Facing to the problem of navigation and control of mobile robot in field environment, an approach
to
environment modeling and dynamic path
pl
且
nning
in field environment
was
proposed. Given the Digital Elevation Model
(DEM) of the
teπain
,
this method can model the field environment effectively and synthetically considering the
factor
百
such
as
the capability restriction of robot and the characters of terrain and
so
on. Based
on
the environment modeling. the path
planni
吨.
which
adopted
且
method
th
且
t
combined global information with local information and integrated pre-action plannìng
result
with
online planning. can
sati
均
the
叫
uirement
of the dynamic path planning
in
filed environmen
t.
Th
e
expe
出阳归
l
results
show
that this method
c
且
n
fit
in
with
different complicated field environments very well.
Key words: field environment; environment modeling; path planning; mobile robot
。
引言
越野环境下移动机器人的导航与控制面临着很大的挑
战:
1
)越野环境下的地形复杂粗糙,而且此时的环境感知存
在着很大的不确定性,导致越野环境建模更加复杂化
;2
)面
对这种复杂的环境,路径规划必须能够感知环境的变化,并做
到动态的规划和调整。因而需要一种综合的环境建模和有效
的路径规划方法。
根据对环境信息掌握的程度不同,机器人路径规划大致
可分为两类:基于完全环境信息的全局路径规划;基于传感器
信息的局部路径规划。后者的先验环境信息是完全未知或部
分未知的。由于全局规划是离线的一次性规划,在复杂的越
野环境下,在钱滚动规划很难通过全局规划来实现;局部规划
由于没有考虑全局信息,同样很难满足越野环境的要求。近
年来,越来越多的国内外学者倾向于采用全局规划和局部规
划相结合的方法,研究机器人的在结滚动路径规划问题[
1.2J
。
本文以月球探测为应用背景,首先根据环境的三维数字
高程模型(
Dì
♂
tal
Elevatìon Model ,
DEM
)
[川,通过统计分析
的方法提取坡度信息、高程差信息和粗糙程度信息等地形特
征,并结合机器人自身的性能约束来建立环境模型,该模型对
环境信息的噪声和误差有很好的鲁棒性。然后,以所建环境
模型为基础,采用将全局信息与局部信息、前期规划结果与当
收稿日期
:2006
一
06
-08;
修订日期
:2
∞
6
-08
一
15
前规划相结合的方法实现了有效的动态路径规划。
1
基于
DEM
的环境建模
1.
1
基本思想
环境建模的基本思想是在越野环境的
DEM
的基础上,采
用可通行性分析
[5J
方法建立环境模型。本文对传统的可通
行性分析方法进行了改进,增强了其对环境信息的鲁棒性。
基于
DEM
的环境建模的具体实现步骤为
t
首先,参照机器人
的空间大小,采用规则栅格化方怯对机器人工作环境进行栅
格化;然后,r.,(每一栅格(
cell)
为中心,以特定区域为分析窗
口(
patch)
逐个对栅格进行地形统计分析;最后,通过综合考
虑地形特征和机器人的通过性能力等因素,实现对不同障碍
的判别与评估,并掘此得到每一栅格的评估值,用以表示机器
人在此栅格所覆盖区域行进时的行进代价。在我们的实验
中,
cell
采用的是车轮的大小,
p且
tch
则采用的是整个机器人的
大小。
1.
2
地形统计分析
为了提取地形的基本信息,采用最小工乘法对所分析区
域进行了平面拟合。假设需评估栅格为
cell(
n)
,
所分析区域
(即窗口)为
patch(
时,其中包含
N
个高程点(句,儿
,
zk)
,
k
=
1
,…,的其中(
(句
,
yk)
)
表示该点在地图上的位置,而
Zk
即为
此位置对应的高程值。令此区域的拟合平西方程为
:Z
=
ax
+
作者简介:巩绪牛(1
983-).
男,安徽望
rr:
人,硕士研究生,主要研究方向:移动机器人路径规划:
史美萍(
1968
一)
.女
.111
由阳城人,副教
授,博士,主要研究方向:机器人智能控制;
李敖
(1973
-).刃,肯林蚊河人,副教授,博土,主耍研究方向:机器人遥操作、版拟现实:
贺议根
(1943 - )
,男,浙江杭州人,教授,主要研究方向:模式识别与智能系统.