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2024-02-23 来源:INDEMIND

机器人如何实现路径规划的?算法介绍

让机器能够像人一样自主行动,需要依靠路径规划技术实现,即机器人通过传感器获取环境信息,自主规划安全的运行路线,并高效完成作业任务。这其中,如何路径规划,目前也发展出了多种算法。

以下是几种常见的路径规划算法及其优缺点:

1. 图搜索法:图搜索法通过利用已有的环境地图和版图中的障碍物等数据信息建立,由起点至结束点的可行路线,目前分为深度最优和广度最优二种走向。

优点:实时性较好,能够处理复杂的静态环境,找出最短路径。

缺点:计算量大;在动态环境下性能较差,容易受到障碍物的干扰。

2. RRT(Rapidly-exploring Random Trees)算法:一种基于采样的路径规划算法,通过随机采样和局部搜索来构建一棵搜索随机树,以探索空间中的可行路径。

优点:能够处理非凸和动态环境,对初始路径要求低。

缺点:搜索效率相对较低,可能需要很长时间才能找到有效路径,且通常不是最优路径。

3. 人工势场法:一种用于机器人运动规划的虚拟力方法。其基本思想是将目标和障碍物对机器人运动的影响具体化成人造势场。目标处势能低,障碍物处势能高。这种势差产生了目标对机器人的引力和障碍物对机器人的斥力,其合力控制机器人沿势场的负梯度方向向目标点运动。

优点:简单直观,能够处理动态环境和避障。

缺点:可能会受到局部最优解的干扰,导致规划失败。

4. BUG(Bezier-based Global Optimization)算法:一种完全应激的机器人避障算法。其算法原理类似昆虫爬行的运动决策策略。在未遇到障碍物时,沿直线向目标运动;在遇到障碍物后,沿着障碍物边界绕行,并利用一定的判断准则离开障碍物继续直行。

优点:BUG算法相对简单,容易实现。

缺点:BUG算法可能会陷入局部最优解,导致无法找到更好的路径;对于复杂环境或动态障碍物不够灵活。

5. Dijkstra算法:通过预测从初始点至空间中任意一个点的最短距离,使机器人能够获取全局最佳路径。

优点:如果最优路径存在,那么一定能找到最优路径。

缺点:扩展的结点很多,效率低;有权图中可能是负边。

6. A*算法:为克服Dijkstra计算效能低下的问题,A Star计算作为一种启发式计算被引入。该计算在广度优先的基石上s增加了一种估价函数。

优点:利用启发式函数,搜索范围小,提高了搜索效率,是一种直接的搜索算法。

缺点:不太适合高维空间,计算量大,随着节点数的增多,算法搜索效率降低。

机器人如何实现路径规划的?机器人实现路径规划的方法多种多样,具体使用哪种方法需要根据实际应用需求、环境特性和计算资源等因素综合选择。

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