59、基于2D激光雷达的未知环境避障算法

基于2D激光雷达的未知环境避障算法

1. 引言

在移动机器人系统的成功应用中，避障能力至关重要。机器人需要在未知障碍物环境中安全导航并到达目标位置，良好的避障性能是其完成特定任务的基本前提。

目前，避障方法主要分为全局路径规划算法和局部避障方法。全局路径规划算法如A 、D 和RRT等，能生成从机器人位置到目标的完整路径，但通常需要同时定位与地图构建（SLAM）技术。然而，SLAM存在两个问题：一是构建和更新障碍物地图耗时；二是高度依赖精确的密集激光传感器进行地图绘制。

传统的局部避障算法包括势场法、矢量场直方图和动态窗口法等。这些算法根据当前传感器数据获取下一个输入控制，不生成完整路径，因此计算复杂度低，在基于传感器信息频繁更新世界模型时尤为重要。但它们都是局部方法，难以处理复杂的障碍物配置，如狭窄通道或凹形障碍物，可能导致机器人陷入局部极小值。

早期的算法大多基于超声波传感器，存在环境检测不准确的问题，研究人员需采用各种数据处理方法来处理大量数据误差。随着技术发展，激光雷达的出现解决了数据精度问题。

本文提出一种基于2D激光雷达的全向移动机器人避障算法，该算法采用寻找出口点的思路，能有效解决凹形障碍物的避障问题。算法具有两层结构，在每个时间步，第一层确定当前出口点，第二层由基本规划器计算移动方向。通过MATLAB仿真验证了该算法的有效性，与势场法相比，新算法具有高效、减少抖动的优点，尤其在处理凹形障碍物方面表现出色。

2. 算法描述

2.1 问题描述

本文旨在为全向移动机器人提供一种避障算法，该算法将激光雷达数据映射到机器人的运动方向。输入为激光雷达