基于改进人工势场法的救灾机器人路径规划.pdf

第 4 2卷 第 9期 2 0 1 6年 9月 工矿 自 动化 I nd us t r y a n d M i ne Aut oma t i on V0 1 ． 4 2 No ． 9 Se p ．2 01 6 ’。 ’ ’ i实验研究 - ． ⋯ ． ． ． _ l ◆ j ’ 文 章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 O 1 6 0 9 0 0 3 7 0 6 D OI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 X ． 2 0 1 6 ． 0 9 ． 0 0 9 田子建 ， 高学浩． 基于改进人工势场法的救灾机器人路径规3 E J ] ． 工矿 自动化， 2 0 1 6 ， 4 2 9 3 7 4 2 ． 基于改进人工势场法的救灾机器入路径规划 田子 建 ， 高学浩 中 国矿 业 大学 北京 机 电与信 息工 程学 院 ，北京 1 0 0 0 8 3 摘 要 针 对矿 井障碍 物复 杂 多变 、 救 灾机 器人 采 用传 统人 工势 场法进 行路 径规 划 易陷入局 部极 小 点的 问 题 ， 提 出一种 基 于改进 人 工势 场 法的救 灾机 器人路 径 规 划 方法 。该 方 法通 过在 引力 场 中加入 扰 动 场 来 改 变 引力场 函数 ， 使 救 灾机 器人 在 陷入局 部极 小点 时 自主走 出局 部极 小点 ； 结合 障 碍填 充 法 ， 通过 对 凹障碍 物 进 行虚 拟 填充 ， 形成 新 的障碍 物 并产 生相 应的 斥 力场 函数 ， 避 免救 灾机 器人 再 次陷入 局部极 小点 。仿 真及测 试 结果 验证 了该方 法 的可行 性及 有效 性 。 关键 词 救 灾机 器人 ；路径 规 划 ；人 工势 场法 ； 扰 动场 ；势场 函数 ；障碍 物 填充 法 中图分类号 TD 6 7 文献标志码 A 网络出版时间 2 0 1 6 0 9 0 2 1 0 1 2 网络 出版 地址 h t t p ／ ／ w ww． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． T P ． 2 0 1 6 0 9 0 2 ． 1 0 1 2 ． 0 0 9 ． h t ml 收稿 日期 2 0 1 6 0 3 2 5 ； 修 回 日期 2 0 1 6 - 0 7 1 9 ； 责任编辑 李 明。 基金项 目 国家 自然科学基金重点资助项 目 5 1 1 3 4 0 2 4 ； 国家 自然科学基金资助项 目 U1 2 6 1 1 2 5 。 作者简介 田子建 1 9 6 4 一 ， 男 ， 湖南望城人 ， 教授 ， 博士 ， 主要从事煤矿井下安全检测方面的研究工作 ， E - ma i l t i a n 0 7 2 6 1 2 6 ． c o rn。 [2] 曹承平 ． 近距离上保护层 开采 的实践[ J ] ． 煤炭科学 技 术 ， 2 0 0 6， 3 4 4 3 3 3 5 ． [3] 马 占国 ， 涂敏 ， 马继 刚 ， 等 ． 远 距离下 保护 层开 采煤 岩 体变形 特征 [ J ] ． 采矿 与安 全工 程学报 ， 2 0 0 8 ， 2 5 3 25 3 2 57 ． [4 ] 陈思 ， 石必 明， 穆朝 民 ， 等． 保 护层开 采过 程 中增 透效 果及卸压范 围研究 [ J ] ． 煤 炭科学 技术 ， 2 0 1 3 ， 4 1 4 45 49 ． [5 ] 刘三钧 ， 林 柏泉 ， 高杰 ， 等． 远距 离下保 护层 开采 上覆 煤岩裂隙 变形 相 似模 拟 [ J ] ． 采 矿 与安 全 工程 学 报 ， 2 0 1 1， 2 8 I 5 1 - 5 5 ． [ 6] 田坤云 ， 孙 文标 ， 魏二剑． 上保护层开采保护 范围确定 及数值模拟[ J ] ． 辽 宁工 程技 术 大 学 学报 自然 科学 版 ， 2 0 1 3 ， 3 2 1 7 - 1 3 ． [7] 于不 凡． 开采解放层 的认 识与实践 [ M] ． 北京 煤 炭工 业 出版社 ， 1 9 8 6 ． [ 8] 石必 明 ， 俞启香 ， 王凯． 远程保护层开采上覆煤 层透气 [ 9] [ 1 0 1 E l 1 ] [ 1 2 ] [ 1 3 ] [ 1 4 ] 性动态演化规律试验研究[ J ] ． 岩石力学 与工程学报 ， 2 0 0 6， 2 5 9 1 9 1 7 1 9 2 1 ． 石 必明 ， 俞启香 ， 周世 宁． 保护层开采远距离煤岩破 裂 变形数值模拟 [ J ] ． 中 国矿 业大学 学报 ， 2 0 0 4 ， 3 3 3 259 26 3 ． 国家安 全生产监督 管理总局． 防治煤与瓦斯突 出规定 [ M] ． j B 京 煤 炭工业出版社 ， 2 0 0 9 ． 沈荣喜 ， 王恩元 ， 刘 贞堂 ， 等． 近 距离下 保护 层开采 防 冲机理及技 术研究 [ J ] ． 煤炭 学报 ， 2 0 1 1 ， 3 6 增 刊 1 63 - 67 ． 王伟 ， 程远平 ， 袁亮 ， 等． 深 部近距 离上保 护层底 板裂 隙演化及卸压 瓦斯 抽采 时效性 [ J ] ． 煤 炭 学报 ， 2 0 1 6 ， 4 1 1 1 3 8 1 4 8 ． 季文博 ， 齐庆新 ， 李宏 艳 ， 等． 近距 离被保 护卸 压煤体 透气性 变 化 规 律 实 测 研 究 [ J ] ． 煤 炭 学 报 ， 2 0 1 5 ， 4 0 4 8 3 0 8 3 5 ． 李东 印， 李 林博． 近距离 上保护 层开采下伏 煤岩 体卸 压效应研究 I- j ] ． 煤 矿开采 ， 2 0 1 3 ， 1 8 4 1 0 4 1 0 7 ． 3 8 工矿 自动化 2 0 1 6年 第 4 2卷 Pa t h pl a nn i ng o f r e s c ui n g r o b o t ba s e d o n i mp r o v e d a r t i f i c i a l p o t e n t i a l f i e l d me t h o d TI AN Z i j i a n． GAO Xu e h a o Sc h oo l o f M e c ha ni c a l El e c t r o ni c a n d I n f o r m a t i o n Eng i ne e r i ng，Chi na Uni v e r s i t y of M i ni n g a nd Te c h n o l o g y B e i j i n g ，Be i j i n g 1 0 0 0 8 3 ，Ch i n a Ab s t r a c t Fo r a p r o bl e m t ha t r e s c ui n g r o b ot wa s e a s i l y s t a c ke d i nt o l o c a l mi n i ma l p o i nt b y us i n g t r a di t i o na l a r t i f i c i a l p ot e nt i a l f i e l d m e t h od t o pl a n pa t h i n c o a l m i ne un de r gr o und wi t h c o mpl e x o bs t a c l e s，a p a t h p l a nni ng me t h o d o f r e s c u i ng r obo t ba s e d o n i m p r ov e d a r t i f i c i a l po t e n t i a l f i e l d me t ho d wa s pr o po s e d． I n t he me t ho d，pe r t ur b a t i o n f i e l d i s a d de d i nt o g r a vi t a t i on f i e l d t O c ha n ge gr a vi t a t i on f i e l d f un c t i o n，S O a s t o ma ke r e s c u i ng r o bo t go o u t o f l o c a l mi ni mum p oi nt a ut o no mou s l y wh e n t he r o b ot s t a c k s i n t o t he l oc a l mi ni m u m po i n t ． M e a n whi l e，ob s t a c l e i s f i l l e d vi r t ua l l y t h r ou gh a n o bs t a c l e f i l l i ng me t h od， t hu s a ne w o bs t a c l e i s f o r m e d a nd a c o r r e s po nd i ng r e p ul s i ve p ot e nt i a l f i e l d f un c t i o n i s ge ne r a t e d t o a v o i d r e s c u i ng r o bo t t o s t a c k i nt o l o c a l mi n i m a l p oi nt a g a i n．Th e s i mul a t i o n a n d t e s t r e s u l t s v e r i f y f e a s i b i l i t y a nd v a l i d i t y o f t he me t h od． Ke y wo r d sr e s c u i ng r o bo t ； p a t h p l a nn i ng； a r t i f i c i a l p ot e nt i a l f i e l d me t h od； p e r t u r b a t i o n f i e l d； p ot e nt i a l f i e l d f u nc t i o n；o bs t a c l e f i l l i ng me t h o d 0 引言 煤 矿井 下 发 生 矿难 时 ， 采 用 机器 人 进 行探 测 和 救援是可靠 、 有效 的途径 ， 针对井下机器人供 电、 防 爆 、 机器 人步 履机 械柔 性等 关键 问题 的研究 ， 通 过科 研人 员 长期不 懈 的努力 ， 已取得 了长 足进 步【一 。煤 矿井 下 环境特 殊 ， 巷 道 相 互交 叉 ， 空 间狭 小 封 闭 ， 机 器 人路 径规 划一 直是制 约 机器人 在煤 矿井 下应 用 的 难 题 。救灾 机器 人 作 为一 种 移 动 机 器人 ， 其 路径 规 划 的水 平一 定程 度上决 定 了救灾 效率 。矿井 救 灾机 器 人 的任务 是在 具有一 定 动态 和静态 障碍 物 的未知 环 境 中 ， 寻 找一条 没有 碰撞 的最 佳路 径 ， 同时要 实现 最 短路 径 、 最 短 时 间 、 最 低 能耗 l 3 等相 应 参 数 的优 化 。人工势场法是传统路径规划方法中较为成熟且 简 洁高 效 的算法 ， 其 主 要 思路 是通 过 目标 位 置对 机 器 人产 生 引力 ， 障碍 物对机 器人 产生 斥力 ， 以及 机器 人之 间产 生相互 作用 力 ， 形 成 一个智 能 的人工 势场 ， 对机器人进行实时的路径规划 ] 。但传统的人工 势场法存在局部极小点问题 ， 当障碍物在 目标位置 附近 时 ， 还 会 出现机 器人在 目标 位置 周 围震荡 、 无法 到达 目标位 置 的情况 。 简单地用传统人工势场法很难完成路径规划任 务 ， 因此需要对传统人工势场法进行改进 ， 或与其他 方法结合来避免路径规划失败 。参考文献E 8 - ] 提出 了 L a p l a c e 势 场 法 ， 其 基 本 着 眼点 是 通 过 数 学 上 合 理地定义势场方程 ， 保证势场 中不存在局部极值 ， 但 没有考察路径是否最优。参考文献[ 9 ] 提 出了基于 Fe l l o w wa l l 的路 径规划 技术 ， 可 以帮 助机 器人 逃 离 局 部极小 点 ， 但算 法 收敛 速 度 慢 ， 鲁 棒 性 差 ， 需 要耗 费很 长 时间来 完成 路径 规划 ， 且无 法选择 最优 路径 。 参考文献E l O ] 提出了基于重力链方法来解决局部极 小 点 问题 ， 将 起始 点 与 目标 位 置 用 虚拟 的橡 皮 筋 连 接 起来 ， 通过 橡皮 筋来代 替 人工势 场产 生转 向角 ， 解 决 了局 部极小 点 和 目标 不 可 达 的 问题 ， 但 缺 乏 实 际 应 用条 件 ， 难 以实 现 。 本文针对传统人工势场法存在的局部极小点问 题 ， 提 出 了扰 动 场 概 念 ， 通 过 在 引 力 场 中增 加 扰 动 场 ， 使 机器人 陷入 局部极 小 点时 能 自主逃离 ； 结合 障 碍物填充法口 ， 通过填充 凹障碍物 ， 形成新的斥力 场 函数 ， 使 机器 人在逃 离局 部极小 点 的 同时 ， 避 免再 次 陷入 局部 极小 点 ， 重 新规 划机 器人 路径 ， 最终 完成 救灾任务 。仿真结果验证 了基于改进人工势场法的 救灾机器人路径规划方法能够很好地解决矿井救灾 机器 人路 径规划 中的局部 极小 点 问题 。 1 传统 人工 势场 法在矿 井巷 道 中应用存 在 的 问题 传统 的人工 势场 法是 由 Kh a b i t [ 1 纠在 1 9 8 6年提 出的一种虚拟牛顿引力方法 ， 起初是为 了使机器人 在抓 取 物体 时 ， 其 手臂可 以不 触及 工作 台 ， 后 来运 用 到机器人运动避障 中。其主要思想是将机器人 、 目 标位置和障碍物简化成点 ， 目标位置对机器人产生 引力 ， 障碍物对 机 器 人 产生 斥 力 ， 在 整 个 环 境 中 ， 通 过合 力 的作用 控 制 机 器人 运 动 ， 进 行 路 径 规 划 。传 统 人工 势场定 义 如下 。 假 设机 器人 的位 置 X一 ， ， 则 目标 位 置 与 机 器人 之 间的引力 场为 2 0 1 6年 第 9期 田子 建等 基 于改进 人 工势 场法 的救 灾机 器人路 径规 划 3 9 Ua , t x一 1 K x X 1 2基于 改进 人工 势场 法的救 灾机 器人 路径规 划 式 中 K 为引力场常数 ； x 为机器人的 目标位置。 定 义 引力 场 的负梯 度为 F X一一g r a d U X 一K I xx l 2 定义 斥力 场 为 x 一 K rep 一 1 。 ， x X 。 ≤ l 0， X Xo p o 3 式中 K 为斥力场常数 ； X 。为 障碍物 的位置 ； x X 。为机器人到障碍物的距离 ； p o 为障碍物产生的斥 力 场影 响 距离 范 围 。 定义斥力场的负梯度为 Fr e p X 一 一 g r a d U X 一 ，K rep c 一 1 杀 ， 1 xX。 ≤ p 0 4 ’ 【 0 ， XXo 则机 器人在 人 工势 场 中的 总势场 为 U 。 【 a 】 X一 U X U X 5 人工势场对机器人的作用合力为 F 。 l X F X F X 6 传 统 人 工 势 场 法 原 理 简 单 ， 算 法 简 洁 ， 易 于 实 现 ， 适 用于 较广 阔 的地 面场所 ， 但 在煤 矿井 下狭 小 区 域 [ 1 3 - 1 7 应 用 时 ， 由于 机 器人 大 部 分 是 沿 巷 道 直 线行 走 ， 很 容 易 产 生 局 部 极 小 点 和 震 荡 等 问 题 。如 图 1 a 所 示 ， 当 障 碍 物 、 机 器 人 和 目标 位 置 在 同一 条 直线 上 时 ， 机 器 人 接 近 目标 位 置 ， 引力 变 小 ， 斥 力 变 大 ， 机器 人会 在某 段路 径上 产生 震荡 ， 导 致 目标位 置不可达。如图 1 b 所示 ， 当障碍物斥力与引力 的 合 力为 0时 ， 机 器人 将 陷入局 部极 小点 ， 此 时还 没有 到达 目标位置 ， 最终导致避障失败 。为了解决该 问 题 ， 本 文提 出基 于改 进 人 工 势 场 法 的 救 灾机 器 人 路 径 规划 。 目 标 位置0 障碍物 ＼ 救 灾机器人 a 机器人震荡 b 机器人 陷人局部极小点 图 1 传统人工 势场法在井下应用存在 的问题 2 ． 1 扰 动 场的 引入 当机器人在路径规划中陷入局部极小点时， 增 加 扰动 场来 使 机 器 人 逃 离 局 部 极 小 点 。定 义 扰 动 场 为 f K幽 lD 2 x， x g ， 8 X， x g lD ， ⋯ l 0， P X， X ≤ P 式中 K扎为扰动场常数 ； p X， X 为机器人与 目标 位 置 的距 离 ； 为机 器人 是 否 到 达 目标 位 置 的 评判 距 离 。 引入 扰动 场后 ， 当机 器人 陷人 局部极 小点 时 ， 环 境模 型 的总势 场为 U l X一 U X U X U抵 X 8 救灾 机器 人进 行 避 障 时 ， 在 每个 采 样 周 期 探测 其 可 以到 达 的范 围 ， 寻 找整 个 可 探 范 围 内的 势 场最 低点 ， 将该 点称 为 子 目标 位置 。采用 矢 量 法 对 机器 人所 受引 力 和斥力 进 行 合 成 ， 判 断机 器 人 是 否处 于 局部极小点 ， 如果是 ， 则在总势场中加入扰动场 。 2 ． 2 基 于 障碍物 填 充法 的机 器人 路径 规 鬟 n 参考文献[ 1 1 ] 提出了一种通过填充 凹障碍物来 避免局部极小点的方法。在现实避 障过程中， 机器 人一 般不 能及 时发 现 凹障 碍 物 ， 发 现 时可 能 已经 陷 入局部极小点 中， 再 通过填充障碍物并不一定能走 出局 部极 小点 。对 于 井 下 救灾 机 器 人 来说 ， 巷 道本 身并不是障碍物， 而移动救生舱、 矿车、 机械设备等 是需 要避 开 的障碍 物 。图 2展示 了 3 种 在井下 巷道 中的障碍物。当机器人碰到类似 图 2 a 或 图 2 b 所示的 3段或 2段 凹障碍物时， 很难及时判别前方 是否存在局部极小点， 即使运用了障碍物填充法， 也 未 必 能 逃 出 局 部 极 小 点 。 当 救 灾 机 器 人 遇 到 图 2 c 所 示 的 普 通 障 碍 物 时， 不 会 陷 人 局 部 极小 点 。 救灾机器人探测凹障碍物过程如图 3所示 。救 灾机 器人 装有探 测 装 置 ， 探 测 到 障碍 物 时 会 产生 相 应 的探测 角 O t 。图 3 a 中 ， 救 灾 机器 人 探测 到前 方 为 2 个 障 碍物 ， 此时 探测 角 a 1 8 0 。 。当救灾机 器人 运动 到 图 3 b 位 置 时 ， 已陷入 凹 障碍 物 中 ， 探 测 角 a 1 8 0 。 ， 机器人探测到 凹障碍物 的另一端 ， 通过探 测装置监测到该 障碍物与之前探测 的障碍物相连 ， 从而判断为同一 障碍物 ， 但此时机器人 已逐步陷入 局部极 小 点 ， 导 致 目标点不 可 达 。 考虑到煤矿井下障碍物多变 的情况， 本文将扰 动场和参考文献 [ 1 1 ] 提出的 凹障碍物填充法相结 合 ， 提 出一种新 的救 灾机器人路 径规划方法 。该方法 4 0 工矿 自动 化 2 0 1 6年 第 4 2卷 救灾机器人 。 目标位置 障 。 目 标位置 a 3 段 凹障碍物 b 2段凹障碍物 救灾机器人 障碍物I l l l 障碍物 。 目标位置 c 普通障碍物 图 2 井下巷道 中的障碍物及局部极小点 区域 。 目标位置 。 目标位置 a 机器人未进入凹障碍物 图 3 救灾机器人探测 凹障碍物过程 主要思想 当救灾 机器 人 陷入 局部 极 小点 后 ， 通 过 扰 动场使机器 人逃离局部 极小点 ， 并运 用 凹障碍物 填充 法来填充产生局部极小点的障碍物， 构造填充后的障 碍物斥力函数， 使救灾机器人在逃离局部极小点的同 时 ， 避免再 次陷入局部极 小点 ， 如 图 4 所 示 。 障碍物 。 救灾机器人 0目标位置 充物 图 4 基于改进人工势场法 的救灾机器人路径规划方法 采用该救灾机器人路径规划方法后 ， 可能产生 局部 极小 点 的 区域 被 填 充 ， 形 成 一 个 面 积更 大 的 障 碍 物 。被 填 充 区域 的斥 力场 为 I k Ul l X一 l 0 1 ， zXl。 l ≤ p l 9 式 中 k 。 。 为填 充 区域斥力 场 比例 系数 ； z 为救 灾 机器 人退 出局 部极 小 点 时 与 局部 极 小 点 的距 离 ； P 。 为填 充 区域 的影 响范 围 。 完 成 凹障碍物 填充 后 ， 填 充后 的势 场强 度为 U 。 l X一 U X U X Ul ⋯l X 1 0 当机器人 完全 退 出可能 产生局 部极 小点 的凹障 碍物区域 ， 即凹障碍物区域被填充完毕时 ， 机器人受 到的总 势场 为 U l X一U X U X U X Ul。 l X 1 1 3仿真 研 究 为 了验 证基 于改进 人 工势场 法 的救灾 机器 人路 径 规 划 方 法 的 性 能 ， 选 用 2种 3段 凹 障 碍 物 ， 在 Ma t l a b 7 ． 0 ． 4环境 下 ， 分 别 对 机 器 人 路 径 轨 迹 和 算 法 的空间 复杂度 进行 了仿 真 。 3 ． 1救 灾机 器人 运行 轨迹 首先 采 用 增 加 扰 动 场 的机 器 人 路 径 规 划 方 法 简称扰动场法 ， 对救灾机器人在障碍物 a和障碍 物 b中 的 路 径 规 划 进 行 仿 真 ， 结 果 如 图 5所 示 。 图 5 a 中 目标位 置坐 标 为 0 ． 4 5 ， 0 ． 2 ， 图 5 b 中 目 标位 置坐 标 为 0 ． 4 5 ， 0 ． 0 5 。 图 5 a 中 ， 救 灾 机 器 人 陷入局 部极小 点后 ， 机器 人 受 到 的总 势场 为 0 ， 但 并未 到达 目标位 置 ， 此时在 势 场 函数 中加 入扰 动场 ， 并重 新规 划路径 。经 过 2次路 径 重 新 规划 ， 机 器人 并 没有逃 离局 部极 小 点 ， 而 是 陷 入 了另 一 个 局 部极 小 点 ， 最 终没 能走 出 凹 障碍 物 区域 。图 5 b 中 ， 救 灾 机器人 经历 了 2次 局 部极 小 点 ， 最 终 走 出 了局 部 极小点 ， 成功避开了凹障碍物。可看 出图 5 a 中救 灾 机器人 陷入 局部 极 小 点 时 ， 机 器人 与 目标 位 置 的 距 离远小 于 图 5 b 中机 器 人与 目标 位 置 的距 离 ， 即 图 5 b 情况下 的值 更 大 ， 扰 动场 产 生 的斥 力 更 大 ， 更 容 易 偏 离 原 来 的 轨 迹 ， 便 于 重 新 规 划 路 径 。但 图 5 b 中机 器人 避 障花 费 了更 多 的时 间 和路 程 ， 增 加了算法难度 ， 导致算法可靠性下降。 接下来采用基于扰动场和障碍物填充法的机器 人路径规划方法 简称扰动场结合填充法 ， 对救灾 机器人在 障碍物 a的路 径规 划进行 仿 真， 结 果如 图 6 所 示 。 目标位 置 坐标 为 0 ． 4 5 ， 0 ． 0 5 。 可 看 出 当 救灾机器人陷入局部极小点时 ， 扰动场结合填充法 通过扰动场使机器人逃离局部极小点 ； 由于填充了 凹障碍物 ， 势场函数中斥力场增大 ， 使机器人的轨迹 更为 陡峭 ， 且 随着填 充面 积 的增 大 ， 机器 人逐渐 逃 离 2 0 1 6年第 9期 田子建等 基 于改进人工势场法的救 灾机器人路径规划 4 1 凹 障碍物 ， 重新 规划 路 径后很 快 到达 了 目标位 置 。 a 障碍物 a b 障碍物 b 图 5 基于扰动场法 的救灾机器 人运行轨迹 图 6 基 于扰 动场结合填充法 的救灾机器人运 行轨迹 3 ． 2 算 法 的 空间复 杂度 在全 属 性 运 行 状 态 下 ， 对扰 动 场 法 和扰 动 场 结 合填充法进行空间复杂度对 比， 以获得算法的运行 时间、 算法运行 时内存 占用率等。仿真结果如 图 7 所 示 。可 看 出 2种 算 法 在 样 本 数 不 大 于 5 0 0 0 0 0 时， 算法运行时间和系统 内存 占用率差别不大 。随 着样本数量的增加 ， 扰动场结合填充法在运行时间 和系统 内存 占用率上体现 出很大优势 当仿真样本 数 目一定时 ， 扰动场结合填充法 的算法时间 比单一 的扰动场 法 少很多 ； 扰 动场 法 的内存 使用 率逼 近 5 9 ． 5 ， 而扰 动场 结合 填充法 的 内存 使用 率逼 近 4 3 ． 5 ， 后者内存 占用率更低。 ． 匠 营 蜞 a 运行时间 b 系统 内存 占用率 图 7 算法 的空间复杂度对 比 4实验研 究 采用 Z Y 0 8 一 C G型避障小车 ， 结合 V { s u a l c 编程进行现场模拟避障实验。避障小车运行流程如 图 8所 示 。 l 探 测 障 碍 物 并 融 合 已 知 信 息 l 1 一 l 构 建 障 碍 物 斥 力 场 函 数 模 型 并 规 划 路 径 I 启动扰动场函数 I 填充 凹 障 碍 物 一 以 填充后的障碍物外形产生人工势场，l 驱动机器人前进 l ‘ l 到 达 目 标 位 置 ， 规 划 结 束 l 图 8 避 障小 车运行流程 现场设置及实验结果如图 9 所示。可看出小车 很好地完成了避障任务 ， 并最终到达设定的 目标位 置 ， 验证 了基 于改 进 人 工势 场 法 的 救灾 机 器 人 路径 规划 方法 的可行性 和有 效性 。