4、移动机器人路径规划技术解析

移动机器人路径规划技术解析

1. 路径规划简介

移动机器人的路径规划旨在其所处环境中，从起始位置生成一条通往目标位置的最优路径。根据其性质，路径规划可分为离线规划和在线规划。

离线规划适用于障碍物静止的情况，又可细分为以下几种类型：
- 避障规划 ：确定起始点与目标点之间无障碍物的轨迹。
- 路径遍历优化 ：找出起始点与目标点之间距离最短的路径。
- 时间遍历优化 ：搜索从起始点到目标点遍历所需时间最短的路径。

而在线导航规划则用于处理包含动态障碍物的环境，可同时进行路径规划和导航。根据规划类型的不同，机器人的环境可以用树、图、分区块等形式来表示。

2. 机器人环境的表示

广义Voronoi图（GVD）可用于表示机器人环境，以寻找从起始节点到目标节点的路径。GVD描述了机器人在其环境中可移动的自由空间。构建GVD有多种方法，如势场法、二维元胞自动机法和分段线性逼近法。

2.1 使用元胞自动机构建GVD

使用元胞自动机构建GVD的过程如下：
1. 将工作空间表示为矩形网格。
2. 用数字（如1）填充每个障碍物的边界网格单元以及环境的内部空间边界。
3. 随着与障碍物和内部边界距离的增加，用逐渐增大的数字填充空间坐标，直至整个空间被填满。
4. 标记数字最大的单元格及其包含相同数字或小一个数字的相邻单元格，持续此标记过程，直到每个障碍物被标记数字的封闭链包围。
5. 保留这些封闭曲线，删除空间中其余的数字，