基于分层代价地图的光伏电站清扫机器人导航方法 被引量：5

1

作者 丁坤 黎彰 +2 位作者 张经炜 王立 刘永杰 《河海大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期105-112,共8页

为更好地解决光伏电站清扫机器人工作时因缺少有效边界检测导致的跌落问题,并满足全覆盖清扫工作的需求,提出一种基于分层代价地图的导航方法。在传统分层代价地图的图层上,根据对光伏电站清扫机器人工作环境的分析,增加光伏阵列边界图... 为更好地解决光伏电站清扫机器人工作时因缺少有效边界检测导致的跌落问题,并满足全覆盖清扫工作的需求,提出一种基于分层代价地图的导航方法。在传统分层代价地图的图层上,根据对光伏电站清扫机器人工作环境的分析,增加光伏阵列边界图层,建立清扫区域,使机器人工作空间约束在光伏阵列内;采用弓字形清扫路径和多点巡航清扫策略相结合的导航方法,实现清扫区域全遍历;同时引进第二轮清扫判断,去除阵列表面的残留污染物,提高了机器人的清扫效率。试验结果表明,所提出的导航方法解决了光伏电站清扫机器人工作时因缺少有效边界检测导致的跌落问题,并可以有效地完成全覆盖清扫工作。 展开更多

关键词 光伏电站清扫机器人 分层代价地图 边界图层 多点巡航 导航

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基于空间代价地图的机械臂无碰撞运动规划 被引量：1

2

作者 王燕 陈万米 +1 位作者 范彬彬 杜映峰 《计算机工程与科学》 CSCD 北大核心 2016年第9期1878-1886,共9页

针对家庭服务机器人机械臂高安全性和低算法复杂度的两大需求,提出一种基于空间代价地图的机械臂运动规划新方法。利用空间代价地图来描述机械臂与约束条件发生冲突的可能性,以概率分析代替简单的布尔判断,提供了更合理的最优规划依据,... 针对家庭服务机器人机械臂高安全性和低算法复杂度的两大需求,提出一种基于空间代价地图的机械臂运动规划新方法。利用空间代价地图来描述机械臂与约束条件发生冲突的可能性,以概率分析代替简单的布尔判断,提供了更合理的最优规划依据,从而实现更安全可靠的规划。同时将一个六自由度的规划问题降维为一个三自由度规划和一个四自由度规划的问题,在此基础上利用无需实时计算的先验碰撞数据代替实时的碰撞检测。利用该方法在ROS的rviz仿真平台上进行验证,结果表明该方法有效地提高了机械臂规划的安全性并降低了计算复杂度,有一定的实用价值。 展开更多

关键词 机械臂 避障 运动规划 代价地图

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基于代价地图的活检路径规划研究 被引量：1

3

作者 杨志永 房培娜 +1 位作者 刘琬钰 姜杉 《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期151-157,共7页

穿刺活检手术作为多种疾病早期诊断最常用的技术之一,需要将一根细长的穿刺针刺入组织以获取组织标本,因此,穿刺路径的安全性和精确性对活检手术准确率和术后恢复至关重要.针对机器人辅助下的穿刺活检手术,本文提出了一种基于代价地图... 穿刺活检手术作为多种疾病早期诊断最常用的技术之一,需要将一根细长的穿刺针刺入组织以获取组织标本,因此,穿刺路径的安全性和精确性对活检手术准确率和术后恢复至关重要.针对机器人辅助下的穿刺活检手术,本文提出了一种基于代价地图的穿刺路径规划方法.首先,将包含三维规划空间大小、空间中障碍物位置、形状等信息的原始地图作为输入,根据人工势能场理论构建代价地图,以定量评估障碍物以外空间的风险程度.其次,考虑带有斜尖的穿刺针插入组织中产生的实际偏转,采用非完整运动学模型作为穿刺针的偏转预测模型.在模拟解剖结构特征的障碍物环境下,使用代价地图计算可行入刺区域中不碰撞穿刺路径的代价值,并采用模拟退火算法进行优化,获得安全可行的穿刺路径以指导机器人执行的自动穿刺过程.最后,在自制的仿生模型中设计模体实验,分别按照传统直线穿刺路径和本文规划方法得出的安全穿刺路径执行自动穿刺操作.实验表明,按照规划路径进行穿刺的实际穿刺路径与规划路径较为相符,靶点穿刺误差在1.5 mm以内,较传统直线路径穿刺精度提高80%以上,且较临床的靶点穿刺误差(5.5~5.6 mm)有明显降低.实验结果表明该运动规划方法能够为机器人辅助下的自动穿刺手术规划出安全合理的穿刺路径,有效提高自动穿刺手术的安全性和精确性. 展开更多

关键词 活检 路径规划 人工势能场 代价地图

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一种基于机器人操作系统的代价地图自适应膨胀半径设置方法 被引量：7

4

作者 龚志力 谷玉海 +1 位作者 朱腾腾 任斌 《科学技术与工程》 北大核心 2021年第9期3662-3668,共7页

针对复杂环境下移动机器人自主导航易被困、路径规划不理想等问题。首先,通过改进机器人操作系统(robot operating system, ROS)中代价地图代价值衰减函数和七宫格检测法,研究了代价地图自适应膨胀半径算法。其次,通过动态衡量启发函数... 针对复杂环境下移动机器人自主导航易被困、路径规划不理想等问题。首先,通过改进机器人操作系统(robot operating system, ROS)中代价地图代价值衰减函数和七宫格检测法,研究了代价地图自适应膨胀半径算法。其次,通过动态衡量启发函数与优化子节点选择方法,研究了结合环境信息的改进A*路径规划算法。实验结果表明:使用自适应膨胀半径算法和改进A*算法后的路径拥有更好的平滑度,减少33.6%转角次数和37%转向角度。能避开复杂障碍物群,降低移动机器人被困几率,提高了复杂环境下ROS移动机器人自主导航的安全性和鲁棒性。 展开更多

关键词 代价地图 自适应膨胀半径 路径规划 移动机器人

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基于行人轨迹预测的无人车动态避障方法

5

作者 张岳 王晶 +4 位作者 王鼎衡 代昌华 段援朝 刘保荣 张霄嵩 《系统工程与电子技术》 北大核心 2025年第7期2371-2382,共12页

针对无人车自主导航过程中对行人避障时未考虑目标运动趋势所导致的避障效果欠佳的问题,提出一种基于行人轨迹预测的无人车动态避障方法。首先,利用深度相机和目标检测算法完成行人的识别及位置解算,并通过跟踪获得行人位置的时序信息... 针对无人车自主导航过程中对行人避障时未考虑目标运动趋势所导致的避障效果欠佳的问题,提出一种基于行人轨迹预测的无人车动态避障方法。首先,利用深度相机和目标检测算法完成行人的识别及位置解算,并通过跟踪获得行人位置的时序信息。其次,将一维卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)和双向门控循环单元(bidirectional gated recurrent unit,BiGRU)相结合,并融入注意力(attention,ATT)机制,构建CNN-BiGRU-ATT行人轨迹预测模型,由行人当前位置序列预测未来轨迹。最后,通过Bresenham算法将行人当前位置及轨迹预测结果叠加在代价地图上,使得全局和局部路径规划算法提前规避碰撞风险。实验表明,基于深度相机的行人检测、定位方法能够准确计算行人历史轨迹,为轨迹预测模型提供可靠的输入;基于CNN-BiGRU-ATT的行人轨迹预测模型在多种运动状态下预测误差更小。融入轨迹预测结果的代价地图可提高路径规划的前瞻性,避免无人车频繁更改全局和局部路径,降低导航任务用时和碰撞风险。 展开更多

关键词 自主导航 轨迹预测 代价地图 动态避障

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融合多尺度前沿边界信息的移动机器人自主探索方法

6

作者 吴兰 李嘉琦 闫晶晶 《中国惯性技术学报》 北大核心 2025年第2期147-154,共8页

针对移动机器人在多障碍未知环境自主探索时,存在导航目标点选择盲目的问题,提出一种融合多尺度前沿边界信息的移动机器人自主探索方法。首先,对原始代价地图进行一次卷积处理,得到区域型代价地图。其次,利用聚类算法得到边界簇密度替... 针对移动机器人在多障碍未知环境自主探索时,存在导航目标点选择盲目的问题,提出一种融合多尺度前沿边界信息的移动机器人自主探索方法。首先,对原始代价地图进行一次卷积处理,得到区域型代价地图。其次,利用聚类算法得到边界簇密度替代原始算法以反映前沿边界数量。再次,引入Fast特征提取以及孤立随机森林算法,将前沿边界的信息增益以及全局离群边界加入到评估中。最后,将多尺度边界信息进行归一化处理,重构价值评估函数,实时更新最优导航目标点。通过仿真与实机验证,所提算法相较于原始算法在时间上平均缩短了19.7%、路径长度平均缩短16.2%,且在复杂环境下提升更加明显,表明所提算法提高了自主搜索的效率。 展开更多

关键词 移动机器人 自主探索 区域代价地图 多尺度边界信息

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改进时间弹性带的露天矿无人卡车避障路径规划研究 被引量：1

7

作者 阮顺领 赵微 +2 位作者 辛智 顾清华 刘梓浩 《智能系统学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期1449-1457,共9页

针对露天矿非结构化道路上因障碍具有突发性和多样性等特点,极大影响无人卡车路径规划和安全行驶等问题,提出一种基于改进时间弹性带(timed elastic bands,TEB)的矿区无人卡车避障路径规划算法。该算法通过调节融合位姿轨迹点,减少卡车... 针对露天矿非结构化道路上因障碍具有突发性和多样性等特点,极大影响无人卡车路径规划和安全行驶等问题,提出一种基于改进时间弹性带(timed elastic bands,TEB)的矿区无人卡车避障路径规划算法。该算法通过调节融合位姿轨迹点,减少卡车位姿计算量和路径转弯幅度,并针对复杂环境下易陷入局部最优的问题,在障碍物膨胀层与安全行驶区域间引入缓冲层,完成静态代价地图中最优安全路径规划。实验结果表明,在静态障碍物复杂场景下,该算法较传统TEB算法在安全绕障能力上有较大提升,平均导航速度更快,可有效保障露天矿无人卡车的安全行驶和高效运输。 展开更多

关键词 露天矿 无人卡车 路径规划 改进TEB算法 避障规划 位姿轨迹点 静态代价地图 自主导航

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基于单目SLAM稀疏特征的避障方法

8

作者 江明 曾碧 +2 位作者 刘建圻 彭泽鑫 林中文 《计算机工程与设计》 北大核心 2024年第6期1735-1742,共8页

为在使用单目相机的低成本移动机器人上实现避障,提出一种基于现有单目SLAM系统生成的稀疏特征的可通行区域检测方法。通过使用单目SLAM生成的稀疏地标点标识障碍物,根据环境信息恢复构建三维体素地图,生成二维栅格代价地图。为解决单目... 为在使用单目相机的低成本移动机器人上实现避障,提出一种基于现有单目SLAM系统生成的稀疏特征的可通行区域检测方法。通过使用单目SLAM生成的稀疏地标点标识障碍物,根据环境信息恢复构建三维体素地图,生成二维栅格代价地图。为解决单目SLAM中尺度不明确的问题,提出一种基于视觉-轮式编码器的尺度求解器。通过直接使用机器人已有的SLAM框架生成的地标点,在降低系统整合成本同时降低计算量。实验结果表明,在KITTI和DRE数据集上构图的耗时在10 ms~20 ms,可以很好满足在性能受限的设备上的实时避障需求。 展开更多

关键词 单目视觉 同步定位与地图构建 代价地图 可通行区域 避障 稀疏特征 尺度恢复

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改进骨架提取的Voronoi图导航中骨架重构算法研究

9

作者 罗文龙 傅连东 +3 位作者 蒋林 明祥宇 陈斌 向贤宝 《农业装备与车辆工程》 2024年第5期95-99,127,共6页

基于Voronoi图的路径规划算法在复杂环境导航过程中会因环境改变和Voronoi图结构的不变性,使全局路径规划器陷入最短路径搜索“陷阱”,导致导航失败。针对这一问题,提出一种改进骨架提取的Voronoi图导航骨架重构算法。对栅格地图进行预... 基于Voronoi图的路径规划算法在复杂环境导航过程中会因环境改变和Voronoi图结构的不变性,使全局路径规划器陷入最短路径搜索“陷阱”,导致导航失败。针对这一问题,提出一种改进骨架提取的Voronoi图导航骨架重构算法。对栅格地图进行预处理,生成全局初始骨架;结合激光雷达观测模型更新代价地图,通过改变代价地图的更新方式辅助骨架重构,实现机器人正确导航。对比实验结果表明,所提算法使骨架重构具有“记忆性”,在保证导航实时性的同时,提升了骨架算法的导航鲁棒性。 展开更多

关键词 VORONOI图 地图预处理 代价地图 骨架重构 路径规划

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安防巡逻机器人全覆盖视觉导航方法 被引量：5

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作者 张淑清 邓庆彪 蔡志文 《机械设计与制造》 北大核心 2022年第12期264-268,共5页

为实现安防巡逻机器人视觉区域高效覆盖,准确跟踪巡逻路径,提出了基于多层代价地图的机器人全覆盖视觉导航方法。通过图像预处理、检测障碍物边缘、提取障碍物特征点三个步骤构建机器人安防巡逻环境模型,将周边区域中活动行为看作人造... 为实现安防巡逻机器人视觉区域高效覆盖,准确跟踪巡逻路径,提出了基于多层代价地图的机器人全覆盖视觉导航方法。通过图像预处理、检测障碍物边缘、提取障碍物特征点三个步骤构建机器人安防巡逻环境模型,将周边区域中活动行为看作人造引力场运动,运用逆势场法优化人工势场法的局部最优解问题,通过直线连接原始方位与全部切线点,计算机器人运行的安全路径;行人感知前提下组建个人空间与群组交互社会代价模型,运用A*算法在导航搜索图内实施启发式搜索,并根据路径长短、社会收敛代价计算真实社会代价,增强导航准确性。测试结果表明,所提方法可提高机器人多变环境适应能力,导航实时性强,精度较高。 展开更多

关键词 安防巡逻机器人 全覆盖 视觉导航 环境建模 多层代价地图

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非结构化环境下的单目视觉可通行区域检测 被引量：5

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作者 郭植星 曾碧 +2 位作者 刘建圻 陈文轩 王俊丰 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2022年第24期298-306,共9页

目前三维避障主要采用三维激光雷达或者基于深度学习的障碍物识别,但前者价格昂贵,后者训练成本高且不稳定。为了稳定、鲁棒地实现低成本三维空间避障方案,提出了一种基于单目相机的可通行区域检测方法。该方法利用特征点标识障碍物,通... 目前三维避障主要采用三维激光雷达或者基于深度学习的障碍物识别,但前者价格昂贵,后者训练成本高且不稳定。为了稳定、鲁棒地实现低成本三维空间避障方案,提出了一种基于单目相机的可通行区域检测方法。该方法利用特征点标识障碍物,通过对相机高度和旋转平面加以约束,解决单目SLAM中的尺度不一致问题,并设计了障碍物距离求解器和代价求解器对小车前方区域特征点进行处理,计算出视觉代价地图,划分可通行区域。该方法优势在于仅需要低成本的单目相机便可完成可通行区域检测任务,可方便地移植到轻量级的移动设备,计算得到的视觉代价地图亦有利于小车后续的路径规划任务。在KITTI数据集上进行的实验表明,该方法的平均运算速度能达到20 frame/s,能满足小车实时避障的要求,对于单目SLAM的尺度恢复误差为2.5%~4.9%。 展开更多

关键词 非结构化环境 单目视觉 视觉代价地图 可通行区域

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