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。依据其性质，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间无障碍物的轨迹。
- 路径遍历优化 ：找出起始点与目标点间距离最短的路径。
- 时间遍历优化 ：搜索起始点与目标点间遍历时间最短的路径。

在线导航规划则用于处理存在动态障碍物的环境，可同时进行路径规划和导航。根据规划类型的不同，机器人的环境可用树、图、分区块等形式表示。

2. 机器人环境的表示

2.1 广义Voronoi图（GVD）

GVD用于描述机器人在其环境中可自由移动的空间。构建GVD的方法有多种，如势场法、二维细胞自动机法和分段线性逼近法。

2.2 使用细胞自动机构建GVD

使用细胞自动机构建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1的相邻单元格，持续此标记过程，直至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，删除空间中的其他数字，得到的图即为GVD。

以下是一个示例，工作空间由