6大方法教你如何讓機器人實現避障?
發布時間:2016-11-24 責任編輯:sherry
【導讀】在傳感器避(bi)障(zhang)領(ling)域(yu),采(cai)用(yong)單(dan)一(yi)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)測(ce)量(liang)的(de)效(xiao)果(guo)並(bing)不(bu)理(li)想(xiang),在(zai)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)中(zhong)往(wang)往(wang)需(xu)要(yao)采(cai)用(yong)其(qi)他(ta)類(lei)型(xing)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)進(jin)行(xing)補(bu)償(chang),才(cai)能(neng)實(shi)現(xian)對(dui)周(zhou)圍(wei)環(huan)境(jing)的(de)探(tan)測(ce)的(de)最(zui)佳(jia)效(xiao)果(guo)。當(dang)然(ran),這(zhe)就(jiu)產(chan)生(sheng)了(le)多(duo)傳(chuan)感(gan)器(qi)信(xin)息(xi)的(de)融(rong)合(he)處(chu)理(li)的(de)問(wen)題(ti),增(zeng)大(da)了(le)信(xin)息(xi)處(chu)理(li)的(de)工(gong)作(zuo)量(liang)和(he)難(nan)度(du)。
那na麼me,除chu了le這zhe種zhong傳chuan感gan器qi避bi障zhang方fang法fa,還hai有you很hen多duo的de其qi他ta方fang法fa融rong合he處chu理li多duo種zhong傳chuan感gan器qi信xin息xi,讓rang全quan自zi主zhu機ji器qi人ren實shi現xian完wan美mei避bi障zhang,比bi如ru人ren工gong勢shi場chang法fa避bi障zhang控kong製zhi法fa、模糊邏輯控製避障控製法、人工神經網絡避障控製法、柵格法避障控製法以及聲波避障控製法等。
人工勢場避障控製法
rengongshichangbizhangkongzhifa,shiyizhongbijiaojiandanyouxinyingdezuofa,shilingyizhongfangshengxue,fangzhaowulixuezhongdianshihedianchanglidegainian,jianlijiqirengongzuokongjianzhongdexunishichang,anzhaoxunishichanglifangxiang,shixianjubulujingguihua。
通過構造目標位姿引力場和障礙物周圍斥力場共同作用的人工勢場,來搜索勢函數的下降方向,然後尋找無碰撞路徑。
聽起來很玄乎,但是早已經有應用產品了,Khatib曾應用於移動機器人的導航上。但是並沒有得到大規模應用。
因yin為wei即ji使shi對dui於yu簡jian單dan環huan境jing很hen有you效xiao,但dan是shi都dou是shi在zai靜jing態tai的de研yan究jiu中zhong得de出chu的de,而er沒mei有you考kao慮lv障zhang礙ai物wu的de速su度du和he加jia速su度du的de影ying響xiang,所suo以yi在zai動dong態tai避bi障zhang控kong製zhi中zhong,人ren工gong勢shi場chang法fa避bi障zhang控kong製zhi不bu是shi很hen理li想xiang。因yin為wei在zai複fu雜za的de多duo障zhang礙ai環huan境jing中zhong,不bu合he理li的de勢shi場chang數shu學xue方fang程cheng容rong易yi產chan生sheng局ju部bu極ji值zhi點dian,導dao致zhi機ji器qi人ren未wei到dao達da目mu標biao就jiu停ting止zhi運yun動dong,或huo者zhe產chan生sheng振zhen蕩dang、擺動等現象。
另外,傳統的人工勢場法著眼於得到一條能夠避障的可行路徑,還沒有研究出什麼最優路徑。

模糊邏輯控製避障法出現得並不晚,1965年美國的一位教授就提出過模糊邏輯的概念。1974年(nian),英(ying)國(guo)倫(lun)敦(dun)大(da)學(xue)一(yi)位(wei)教(jiao)授(shou)利(li)用(yong)模(mo)糊(hu)控(kong)製(zhi)語(yu)句(ju)組(zu)成(cheng)的(de)模(mo)糊(hu)控(kong)製(zhi)器(qi)控(kong)製(zhi)鍋(guo)爐(lu)和(he)氣(qi)輪(lun)機(ji)的(de)運(yun)行(xing)獲(huo)得(de)成(cheng)功(gong),開(kai)始(shi)將(jiang)模(mo)糊(hu)數(shu)學(xue)應(ying)用(yong)於(yu)自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)領(ling)域(yu),包(bao)括(kuo)機(ji)器(qi)人(ren)領(ling)域(yu)。
youyububichuangjiankefenxidehuanjingmoxing,muqianmohuluojifangfazaijiejuejiqirenbikaizhangaiwuwentishangjijingyouledaliangdeyanjiugongzuo。lingyigeduteyoudianyerangyongzhuanjiazhishitiaozhengguizechengweikeneng,yinweiguizekudemeitiaoguizejuyoumingquedewuliyiyi。
在(zai)模(mo)糊(hu)邏(luo)輯(ji)控(kong)製(zhi)避(bi)障(zhang)法(fa)中(zhong),模(mo)糊(hu)控(kong)製(zhi)規(gui)則(ze)是(shi)模(mo)糊(hu)控(kong)製(zhi)的(de)核(he)心(xin)。當(dang)前(qian)研(yan)究(jiu)工(gong)作(zuo)的(de)新(xin)趨(qu)勢(shi)之(zhi)一(yi)是(shi)它(ta)的(de)漸(jian)增(zeng)本(ben)質(zhi),特(te)別(bie)是(shi)在(zai)模(mo)糊(hu)控(kong)製(zhi)規(gui)則(ze)的(de)自(zi)動(dong)生(sheng)成(cheng)方(fang)麵(mian),即(ji)連(lian)同(tong)自(zi)動(dong)模(mo)糊(hu)數(shu)據(ju)獲(huo)取(qu),給(gei)予(yu)算(suan)法(fa)在(zai)線(xian)模(mo)糊(hu)規(gui)則(ze)學(xue)習(xi)能(neng)力(li),數(shu)據(ju)獲(huo)取(qu)和(he)規(gui)則(ze)生(sheng)成(cheng)均(jun)自(zi)動(dong)執(zhi)行(xing)。

人工神經網絡是由許多單元(又稱神經元),anzhaoyidingdetuopujiegouxianghulianjieerchengdeyizhongjuyoubingxingjisuannenglidewangluoxitong,tajuyoujiaoqiangdefeixianxingnihenengliheduoshuruduoshuchutongshichulidenengli。yongzaijiqirenshang,jiushitongguomonirennaoshenjingwangluochulixinxidefangshi,conglingyigeyanjiujiaodulaihuoqujuyourennaonayangdexinxichulinengli。
對於智能機器人來說,采用人工神經網絡進行信息融合有一個最大優勢,即可大規模地並行處理和分布式信息存儲,具有良好的自適應、自組織性,以及很強的學習功能、聯想功能和容錯功能,接近人腦的信息處理模式。

這zhe屬shu於yu用yong啟qi發fa式shi算suan法fa在zai單dan元yuan中zhong搜sou索suo安an全quan路lu徑jing。賦fu予yu每mei個ge柵zha格ge一yi個ge通tong行xing因yin子zi後hou,路lu徑jing規gui劃hua問wen題ti就jiu變bian成cheng在zai柵zha格ge網wang上shang尋xun求qiu兩liang個ge柵zha格ge節jie點dian間jian的de最zui優you路lu徑jing問wen題ti。搜sou索suo過guo程cheng多duo采cai用yong四si叉cha樹shu或huo八ba叉cha樹shu表biao示shi工gong作zuo空kong間jian。
柵格法以基本元素為最小柵格粒度,將地圖進行柵格劃分,比如基本元素位於自由區取值為0,處在障礙物區或包含障礙物區為1,直到每個區域中所包含的基本單元全為0或全為1,這樣在計算機中就較容易建立一幅可用於路徑規劃的地圖。
柵格粒度越小,障礙物的表示會越精確,也就更好避障。但往往會占用大量的儲存空間,而且算法也將按指數增加。
聲波避障控製法
聲sheng波bo避bi障zhang行xing為wei能neng夠gou實shi時shi監jian測ce長chang距ju離li超chao聲sheng波bo傳chuan感gan器qi,為wei機ji器qi人ren搜sou索suo開kai闊kuo路lu徑jing。當dang機ji器qi人ren離li障zhang礙ai物wu還hai有you一yi定ding距ju離li時shi,超chao聲sheng波bo傳chuan感gan器qi就jiu能neng夠gou檢jian測ce到dao相xiang關guan信xin息xi,並bing據ju此ci控kong製zhi機ji器qi人ren離li開kai。
然(ran)而(er),超(chao)聲(sheng)波(bo)傳(chuan)感(gan)器(qi)對(dui)非(fei)常(chang)接(jie)近(jin)的(de)物(wu)體(ti)會(hui)探(tan)測(ce)不(bu)到(dao),這(zhe)個(ge)距(ju)離(li)稱(cheng)為(wei)物(wu)理(li)探(tan)測(ce)盲(mang)區(qu)。在(zai)剛(gang)發(fa)射(she)信(xin)號(hao)的(de)時(shi)候(hou),返(fan)回(hui)信(xin)號(hao)的(de)閾(yu)值(zhi)會(hui)被(bei)設(she)定(ding)得(de)很(hen)高(gao)以(yi)防(fang)止(zhi)發(fa)射(she)波(bo)直(zhi)接(jie)觸(chu)發(fa)接(jie)收(shou)器(qi),因(yin)此(ci)如(ru)果(guo)檢(jian)測(ce)的(de)距(ju)離(li)很(hen)短(duan)、閾yu值zhi沒mei有you下xia降jiang,返fan回hui信xin號hao已yi經jing到dao達da接jie收shou器qi,這zhe時shi接jie收shou器qi會hui認ren為wei這zhe個ge返fan回hui信xin號hao是shi剛gang發fa出chu的de信xin號hao從cong而er拒ju絕jue接jie收shou,使shi超chao聲sheng波bo傳chuan感gan器qi形xing成cheng一yi個ge探tan測ce盲mang區qu,沒mei法fa對dui近jin距ju離li物wu體ti探tan測ce。
另(ling)一(yi)個(ge)缺(que)陷(xian)是(shi),如(ru)果(guo)在(zai)一(yi)個(ge)比(bi)較(jiao)小(xiao)的(de)轉(zhuan)彎(wan)角(jiao)度(du)上(shang)安(an)裝(zhuang)有(you)平(ping)滑(hua)的(de)表(biao)麵(mian),該(gai)表(biao)麵(mian)能(neng)夠(gou)將(jiang)聲(sheng)納(na)波(bo)束(shu)向(xiang)前(qian)反(fan)射(she),而(er)不(bu)是(shi)反(fan)射(she)回(hui)機(ji)器(qi)人(ren)。在(zai)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia),由(you)於(yu)沒(mei)有(you)回(hui)波(bo)返(fan)回(hui),傳(chuan)感(gan)器(qi)就(jiu)會(hui)產(chan)生(sheng)一(yi)次(ci)漏(lou)報(bao),機(ji)器(qi)人(ren)也(ye)會(hui)因(yin)此(ci)認(ren)為(wei)在(zai)自(zi)己(ji)行(xing)走(zou)的(de)路(lu)徑(jing)上(shang)沒(mei)有(you)障(zhang)礙(ai)物(wu)存(cun)在(zai)。此(ci)時(shi),聲(sheng)波(bo)避(bi)障(zhang)行(xing)為(wei)不(bu)能(neng)得(de)以(yi)觸(chu)發(fa),也(ye)就(jiu)無(wu)法(fa)避(bi)障(zhang)。

近(jin)年(nian)來(lai),激(ji)光(guang)雷(lei)達(da)在(zai)移(yi)動(dong)機(ji)器(qi)人(ren)導(dao)航(hang)中(zhong)的(de)應(ying)用(yong)日(ri)益(yi)增(zeng)多(duo)。這(zhe)主(zhu)要(yao)是(shi)由(you)於(yu)基(ji)於(yu)激(ji)光(guang)的(de)距(ju)離(li)測(ce)量(liang)技(ji)術(shu)具(ju)有(you)很(hen)多(duo)優(you)點(dian),特(te)別(bie)是(shi)其(qi)具(ju)有(you)較(jiao)高(gao)的(de)精(jing)度(du)。
jiguangleidayuqitajulichuanganqixiangbi,nenggoutongshikaolvjingduyaoqiuhesuduyaoqiu,zheyidiantebieshiyongyuyidongjiqirenlingyu。ciwai,jiguangleidabujinkeyizaiyouhuanjingguangdeqingkuangxiagongzuo,yekeyizaiheianzhonggongzuo,erqiezaiheianzhongceliangxiaoguogenghao。buguo,gaichuanganqiyeyouyixiexiangyingdequedian,biruanzhuangjingduyaoqiugao、價格比較昂貴等。

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