一种基于概率路线图的月球巡航车路径规划算法

发布时间：2021-03-22 17:11

　　为提高月球巡航车自主探测时的安全,提出一种基于概率路线图（Probabilistic Roadmap,PRM）的改进路径规划算法.该算法基于距离变换地图,改善PRM算法的采样方式,控制采样点远离障碍物,使规划的路径远离障碍物,避免紧贴障碍物前进的危险情况,提高了月球巡航车自主探测过程中的安全程度.为评估路径的安全性,提出安全警戒系数和最小安全警戒系数两个安全指标,并在月球表面仿真环境下对A*,PRM和改进的PRM算法生成的路径进行安全评估.结果表明改进的PRM算法相较于A*算法,安全警戒系数和最小安全警戒系数分别提升了2.20 m,1.00 m;相较于PRM算法,安全警戒系数和最小安全警戒系数分别提升了1.68 m,1.00 m.改进的PRM算法不局限于月球巡航车的路径规划,还可以应用于对路径安全性要求较高的探索机器人和自动驾驶汽车. 

【文章来源】：空间控制技术与应用. 2020,46(06)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

概率路线图

改进PRM算法的采样方式如算法2所示:采样算法输入为栅格地图map，距离变换地图dmap，采样点数量k和采样系数t．为了生成一个远离障碍物的采样点pmax，首先在栅格地图map中进行多次随机采样，剔除落在障碍物上的扫描点后，得到t个采样点ps;然后在距离变换地图dmap中获得t个采样点ps中距离障碍物的距离，并选取距离障碍物最远的采样点作为最终的采样点pmax,t值越大，采样点pmax远离障碍物的概率越大．将上述方法进行k次，得到k个远离障碍物的采样点pmax，将k个pmax组成点集V，然后将其输出．

撞击坑是指布满月球表面的环形凹坑构造，包括撞击坑环形山、辐射纹以及与撞击坑有关的隆起构造，撞击坑主要由坑底、坑唇组成．经过简化处理的撞击坑模型如图3(a)所示．采用双抛物线拟合并绕z轴旋转来构造月球坑模型．坑底部分采用公式(1)计算，坑唇部分模型采用式(2)计算．

【参考文献】：
期刊论文
[1]月球表面巡视探测自主局部避障规划[J]. 邢琰,刘祥,滕宝毅,毛晓艳.  控制理论与应用. 2019(12)
[2]基于能量约束的火星车路径规划研究[J]. 刘涛,唐玲,袁宝峰,魏世民.  北京邮电大学学报. 2019(05)
[3]月面巡视器路径规划方法研究[J]. 于天一,费江涛,李立春,程肖.  深空探测学报. 2019(04)
[4]基于A*算法优化的月面巡视器路径规划研究[J]. 王楷文,彭松,刘少创,李海飞.  航天器工程. 2019(01)
[5]基于栅格地图的火星车路径规划方法[J]. 董元元,崔祜涛,田阳.  深空探测学报. 2014(04)

博士论文
[1]行星表面障碍检测与地形相关导航方法研究[D]. 李国庆.哈尔滨工业大学 2018

硕士论文
[1]月球表面地形数据分析及仿真研究[D]. 张玥.国防科学技术大学 2008



本文编号：3094164