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双向跳点搜索算法的移动机器人全局路径规划研究

马小陆 梅宏

马小陆,梅宏. 双向跳点搜索算法的移动机器人全局路径规划研究[J]. 机械科学与技术,2020,39(10):1624-1631 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190342
引用本文: 马小陆,梅宏. 双向跳点搜索算法的移动机器人全局路径规划研究[J]. 机械科学与技术,2020,39(10):1624-1631 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190342
Ma Xiaolu, Mei Hong. Research on Bidirectional Jump Point Search Algorithm of Global Path Planning for Mobile Robots[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(10): 1624-1631. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190342
Citation: Ma Xiaolu, Mei Hong. Research on Bidirectional Jump Point Search Algorithm of Global Path Planning for Mobile Robots[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(10): 1624-1631. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190342

双向跳点搜索算法的移动机器人全局路径规划研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190342
基金项目: 国家自然科学基金项目(51574004)、安徽高校自然科学研究重点项目(KJ2019A0065)、安徽省科技重大专项计划项目(16030901032)、特种重载机器人安徽省重点实验室开放课题(ZJQR004-2020)及芜湖市2017年度科技计划项目(2017yf26)资助
详细信息
    作者简介:

    马小陆(1979−),副教授,博士,研究方向为机器人和车联网的研究,maxiaolublade@163.com

  • 中图分类号: P242.6

Research on Bidirectional Jump Point Search Algorithm of Global Path Planning for Mobile Robots

  • 摘要: 针对跳点搜索算法在移动机器人全局路径规划中预处理规则存在不安全、路径搜索时间长和内存消耗大等问题,提出了一种双向跳点搜索算法的全局路径规划方法。该方法改进了跳点筛选规则,且从两个方向交替进行路径搜索,使得路径搜索时间和扩展节点大大减少,同时也提高了机器人的安全。为验证该算法的有效性,使用不同规格的栅格地图进行了仿真实验,仿真结果表明,双向跳点搜索算法的路径搜索时间比跳点搜索算法短,且栅格地图越大,效果越明显。最后在实际的移动服务机器人中进行了导航实验,实验结果证明双向跳点搜索算法比跳点搜索算法的路径搜索时间减少约30%,且安全性高。
  • 图  1  自然邻居的筛选条件

    图  2  强制邻居的筛选条件

    图  3  JPS算法路径寻优

    图  4  机器人行进示意图

    图  5  跳点筛选规则的改进

    图  6  双向JPS算法路径寻优的特殊情况

    图  7  双向JPS算法的路径寻优

    图  8  双向JPS算法移动机器人路径寻优流程图

    图  9  JPS和双向JPS算法的仿真结果

    图  10  实验所用移动机器人

    图  11  机器人硬件架构图

    图  12  目标点1下两种算法的路径规划结果

    图  13  目标点2下两种算法的路径规划结果

    图  14  目标点3下两种算法的路径规划结果

    表  1  JPS和双向JPS算法的搜索时间与扩展节点数量对比

    地图大小搜索时间/ms路径长度/格搜索节点/个搜索时间之比搜索节点之比
    JPS算法双向JPS算法JPS算法双向JPS算法JPS算法双向JPS算法
    15×152226.1428.48192110.90
    30×305479.2171.9970451.251.55
    50×50128214.08212.08109681.51.60
    100×1002612283.97255.56194982.171.98
    下载: 导出CSV

    表  2  目标点1下2种算法寻路时间对比

    参数JPS算法双向JPS算法
    行走路径长度/m 5.4 5.5
    寻路时间/ms 66.61 41.89
    行走时间/s 25.72 22.88
    搜索节点/个 53 39
    下载: 导出CSV

    表  3  目标点2下2种算法寻路时间对比

    参数JPS算法双向JPS算法
    行走路径长度/m 8.5 8.2
    寻路时间/ms 95.74 67.56
    行走时间/s 39.41 38.24
    搜索节点/个 77 45
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-09-10
  • 网络出版日期:  2020-11-07
  • 刊出日期:  2020-10-05

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