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能耗最优下轮式移动机器人作业路径规划的最优节点A*算法

江磊 贾文友 刘莉 梁利东 魏文涛

江磊,贾文友,刘莉, 等. 能耗最优下轮式移动机器人作业路径规划的最优节点A*算法[J]. 机械科学与技术,2023,42(6):949-955 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220038
引用本文: 江磊,贾文友,刘莉, 等. 能耗最优下轮式移动机器人作业路径规划的最优节点A*算法[J]. 机械科学与技术,2023,42(6):949-955 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220038
JIANG Lei, JIA Wenyou, LIU Li, LIANG Lidong, WEI Wentao. An Optimal Node A* Algorithm for Path Planning of Wheeled Mobile Robot Under Optimal Energy Consumption[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2023, 42(6): 949-955. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220038
Citation: JIANG Lei, JIA Wenyou, LIU Li, LIANG Lidong, WEI Wentao. An Optimal Node A* Algorithm for Path Planning of Wheeled Mobile Robot Under Optimal Energy Consumption[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2023, 42(6): 949-955. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220038

能耗最优下轮式移动机器人作业路径规划的最优节点A*算法

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220038
基金项目: 安徽高校省级科学研究项目(KJ2016A057, KJ2018A0102)
详细信息
    作者简介:

    江磊(1997−),硕士研究生,研究方向为智能制造,2867857485@qq.com

    通讯作者:

    贾文友,教授,硕士生导师,博士,jiawenyou@ahpu.edu.cn

  • 中图分类号: TP23

An Optimal Node A* Algorithm for Path Planning of Wheeled Mobile Robot Under Optimal Energy Consumption

  • 摘要: 轮式移动机器人以蓄电池作为能源,能够提供的能量有限,以更省能量作为前提进行路径规划是一个热门研究方向。根据轮式移动机器人在运行时的能耗组成,综合电机效率、地面摩擦、地形、速度变化、转弯等多因素,建立了能耗模型;基于A*算法,利用最优节点的搜索方式,提出能耗最优下轮式移动机器人作业路径规划最优节点A*算法;通过仿真实验,与最短距离约束条件、能耗最优约束条件下A*算法路径规划结果进行对比,所提算法既实现在单位距离能耗降低,又缩短规划寻路时间,验证了所提算法的有效性。
  • 图  1  轮式机器人转弯示意图

    图  2  ONA*算法流程图

    图  3  尺寸为192 × 192的轮式移动机器人作业环境地图

    图  4  ONA*算法下轮式移动机器人作业规划寻路仿真结果

    图  5  OEA*算法下轮式移动机器人作业规划寻路仿真结果

    图  6  ODA*算法下轮式移动机器人作业规划寻路仿真

    图  7  ONA*算法下轮式移动机器人在小地图中作业避障寻路应用

    图  8  ONA*算法下轮式移动机器人起点在左上角的大地图中作业避障寻路应用

    图  9  ONA*算法下轮式移动机器人起点在右上角的大地图中作业避障寻路应用

    表  1  轮式移动机器人相关参数

    相关参数数值
    轮式移动机器人左右轮距B/cm30
    轮式移动机器人前后轴距L/cm40
    轮式移动机器人质量m/kg9
    轮式机器人驱动轮轮胎半径r/cm10.75
    电动机效率η0.78
    轮式移动机器人在平地上电机的功率P/w200
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    表  2  仿真实验关键参数

    实验参数数 值
    滚动摩擦系数μ0.15
    横向滑动附着系数f0.6
    重力加速度g/(m·s−29.8
    轮式移动机器人在平地上的运行速度v0/(m·s−11
    轮式移动机器人在爬坡时的运行速度vs/(m·s−10.5
    转弯耗时t/s0.5
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    表  3  三者的实验结果对比

    算法路径
    长度/m
    能量
    消耗/J
    单位距离
    能耗/(J·m−1
    算法寻路
    时间/ms
    ONA*266.4231919.57119.81843.38
    OEA*266.8234148.73127.986443.5
    ODA*249.3136223.42145.291211.6
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2021-06-04
  • 刊出日期:  2023-06-25

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