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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
基于改进人工势场算法的煤矿井下机器人路径规划
  • 9
  • 作者

    薛光辉王梓杰王一凡李亚男刘文海

  • 单位

    中国矿业大学(北京)机械与电气工程学院煤矿智能化与机器人创新应用应急管理部重点实验室

  • 摘要
    路径规划是煤矿机器人在煤矿井下狭小巷道空间中应用亟待解决的关键技术之一。针对传统人工势场(APF)算法在狭小巷道环境中规划出的路径可能离巷道边界过近,以及在障碍物附近易出现目标不可达和路径振荡等问题,提出了一种基于改进APF算法的煤矿机器人路径规划方法。参考《煤矿安全规程》有关规定建立了巷道两帮边界势场,将机器人行驶路径尽量规划在巷道中间,以提高机器人行驶安全性;在障碍物斥力势场中引入调节因子,以解决目标不可达问题;引入转角限制系数以平滑规划出的路径,减少振荡,提高规划效率,保证规划路径的安全性。仿真结果表明:当目标点离障碍物很近时,改进APF算法可成功规划出能够抵达目标点的路径;改进APF算法规划周期较传统算法平均减少了14.48%,转向角度变化累计值平均减少了87.41%,曲率绝对值之和平均减少了78.09%,表明改进APF算法规划的路径更加平滑,路径长度更短,规划效率和安全性更高。
  • 关键词

    煤矿机器人路径规划人工势场法目标不可达路径振荡斥力势场修正转角限制系数

  • 文章目录
    0 引言
    1 APF算法原理及其在煤矿井下应用存在的问题
    1.1 APF算法原理
    1.2 APF算法在煤矿井下应用存在的问题
    2 APF算法改进
    2.1 斥力势场修正
    2.1.1 巷道两帮边界势场
    2.1.2 障碍物斥力势场
    2.2 转角限制系数引入
    3 基于改进APF算法的路径规划方法实现
    4仿真验证
    4.1 评价指标
    4.2目标不可达问题仿真
    4.3路径振荡仿真
    5结论
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