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無人車:傳統(tǒng)人工勢場算法井下應(yīng)用存在的問題

2022年6月28日 來源:防爆云平臺--防爆產(chǎn)業(yè)鏈服務(wù)平臺 防爆空調(diào) 防爆電氣 防爆電機 防爆風(fēng)機 防爆通訊 瀏覽 2589 次 評論 0 次

人工勢場算法是一種模擬物理力場的算法,它的基本思想是將機器人在周圍環(huán)境中的運動,設(shè)計成一種抽象的人造引力場中的運動,目標(biāo)點對移動機器人產(chǎn)生“引力”,障礙物對移動機器人產(chǎn)生“斥力”,最后通過求合力來控制移動機器人的運動。

(1)傳統(tǒng)人工勢場算法原理

無人車在行駛途中最大的人工勢場引力源自目標(biāo)點,當(dāng)勢力場為零時,兩者之間距離為零,表示車輛已到達(dá)目標(biāo)點。無人車只有在障礙物勢場范圍內(nèi)才會受到斥力勢場的影響,在障礙物勢場范圍內(nèi),無人車受到的勢場斥力與無人車和障礙物之間的距離成反比。勢力場函數(shù)用于描述運行過程中目標(biāo)點和障礙物對無人車產(chǎn)生的影響,需要考慮無人車向目標(biāo)點移動的效率問題來構(gòu)建專門的函數(shù)衡量勢場的大小。

在構(gòu)建的虛擬人工勢場中,無人車受到的力是障礙物的斥力和目標(biāo)點的引力的合力,該合力為矢量,合力的方向決定了無人車的行駛方向。障礙物的數(shù)量可能不止一個,因此無人車可能會受到多個斥力作用,在使用人工勢場算法做路徑規(guī)劃時,要將無人車受到的所有斥力和引力按矢量運算原則相加,在合力的作用下向目標(biāo)點靠近。


(2)傳統(tǒng)人工勢場算法井下應(yīng)用存在的問題

人工勢場算法起初主要應(yīng)用于機器人局部路徑規(guī)劃,隨著無人駕駛技術(shù)的發(fā)展才逐漸應(yīng)用于地面車輛的路徑規(guī)劃中。機器人在使用人工勢場法進(jìn)行路徑規(guī)劃時很少考慮道路的約束,但是無人車的運動狀態(tài)是時變的,障礙物數(shù)量、形狀和位置也具有不可預(yù)知性,導(dǎo)致無人車在構(gòu)建的虛擬勢場中會出現(xiàn)局部最優(yōu)解和目標(biāo)不可達(dá)問題。當(dāng)無人車在某個引力與斥力大小相等,方向相反的位置時,無人車受力為零,陷入局部最優(yōu)解。當(dāng)目標(biāo)點與障礙物之間的距離較近時,斥力非常大,引力相對較小,導(dǎo)致無人車出現(xiàn)目標(biāo)不可達(dá)。在地面無人駕駛車輛的路徑規(guī)劃過程中,經(jīng)典的做法是建立車道線勢場,此前也有研究人員將人工勢場算法用于煤礦機器人的路徑規(guī)劃,但是沒有考慮巷道的約束,故難以直接用于無軌膠輪車在井下巷道內(nèi)的無人駕駛。


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