基于改进A*算法的煤矿救援机器人路径规划

作者：张伟民; 张月; 张辉

来源：煤田地质与勘探, 2022, 50(12): 185-193.

• *算法" name="keyword">A*算法
• 煤矿救援机器人
• 路径规划
• 路径平滑
• 5次B样条曲线

煤矿救援机器人在执行救援任务时，在获得任务指令后首先需要获得环境模型，再利用内置算法在该环境模型中规划出一条从当前位置到目标位置的无碰撞路径。为减少救援机器人的移动时间，通常要求该路径为时间最优，而目前使用较多的传统A*算法在栅格地图环境下规划的路径存在路径冗余点多、路径转折角度大等问题，导致该路径对于可沿任意方向灵活移动的救援机器人来说是“非最优”的。为解决这一问题，在传统A*算法的基础上提出一种改进A*算法。首先，该算法在传统A*算法的基础上增加当前扩展节点的邻接点数量，以快速搜索获得初始路径；其次，通过设置距离阈值并重连路径点，去除初始路径的冗余点；根据步长分割路径获得间距更小的路径点集合，并再次去除冗余点；最后，为进一步对所得路径的转角进行平滑处理，采用5次B样条曲线进行拟合，最终得到路径点更少、路径代价更小、累计转折角度更小的优化路径。在5种不同尺寸、障碍物覆盖率为20%的栅格地图环境中利用MATLAB对上述改进A*算法进行仿真实验，并将改进A*算法的仿真结果与传统A*算法的仿真结果进行对比。结果表明：相对于传统A*算法，改进A*算法通过扩展邻接点、去除路径冗余点及路径平滑等操作，有效改善了传统A*算法的路径冗余点多和路径转折角度大等问题；此外，改进A*算法还能在一定程度上减少生成初始路径时的扩展节点数量，降低系统内存占用。

• 单位
  中国地质大学（武汉）; 武汉重型机床集团有限公司