張燕,徐一超,盛洲

(南京大學(xué)金陵學(xué)院,南京210089)

A*算法在移動(dòng)機(jī)器人自學(xué)習(xí)中的使用*

張燕,徐一超,盛洲

(南京大學(xué)金陵學(xué)院,南京210089)

通過讓移動(dòng)機(jī)器人在未知環(huán)境下的自學(xué)習(xí)過程來得到環(huán)境地圖,然后利用A*算法進(jìn)行最優(yōu)路徑規(guī)劃,并選取路徑中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)傳給移動(dòng)機(jī)器人,移動(dòng)機(jī)器人就可以根據(jù)這些節(jié)點(diǎn)自主運(yùn)行。通過移動(dòng)機(jī)器人自主運(yùn)行實(shí)驗(yàn),可以看出其運(yùn)行效果良好。

路徑規(guī)劃;A*算法;自學(xué)習(xí);二維地圖

引 言

自主移動(dòng)機(jī)器人是一種通過傳感器來感知和探測(cè)周圍未知環(huán)境并在收到命令后進(jìn)行自主移動(dòng)的智能系統(tǒng)[1]。移動(dòng)機(jī)器人能否進(jìn)行高效率的導(dǎo)航移動(dòng)即能否在環(huán)境中移動(dòng)到目的地,是衡量機(jī)器人定位技術(shù)的關(guān)鍵[2]。移動(dòng)機(jī)器人自學(xué)習(xí)需要以下幾部分技術(shù),首先需要獲取未知環(huán)境下的障礙物地圖,其次需要移動(dòng)機(jī)器人知道自己的位置信息,最后需要使用路徑規(guī)劃算法進(jìn)行路徑規(guī)劃。

目前常用的環(huán)境信息是通過傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取的,機(jī)器人避障和測(cè)距傳感器主要有紅外、超聲波、激光及視覺傳感器[3]。激光傳感器和視覺傳感器價(jià)格較貴,對(duì)控制器的要求較高[4],因而,在移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)中多采用紅外及超聲波傳感器。因此本設(shè)計(jì)中采用超聲紅外傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取。目前移動(dòng)機(jī)器人定位技術(shù)很多,常見的有內(nèi)部傳感器定位技術(shù)、主動(dòng)傳感器定位技術(shù)、視覺傳感器定位技術(shù)、全球衛(wèi)星定位技術(shù)[5]。綜合考慮成本等因素,本設(shè)計(jì)使用內(nèi)部傳感器定位技術(shù),采用里程計(jì)和陀螺儀進(jìn)行位置定位。路徑規(guī)劃技術(shù)就是要機(jī)器人在障礙物環(huán)境中,尋找一條從出發(fā)點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的合適路徑,保證按照該路徑行走時(shí),不發(fā)生碰撞,并且滿足一定的約束條件[6],根據(jù)周圍環(huán)境信息是否已知,可分為全局路徑規(guī)劃技術(shù)和局部路徑規(guī)劃[7]。全局路徑規(guī)劃技術(shù)應(yīng)用最普遍的是簡(jiǎn)單柵格法[8],并且由于周圍的環(huán)境已知,故得出路徑前,必須每次都要對(duì)全局環(huán)境進(jìn)行處理。局部路徑規(guī)劃側(cè)重于移動(dòng)機(jī)器人當(dāng)前周圍環(huán)境的局部信息,并利用傳感器來探測(cè)周圍環(huán)境信息,然后進(jìn)行實(shí)時(shí)路徑規(guī)劃。自學(xué)習(xí)功能需要在未知環(huán)境走一圈之后,根據(jù)獲取的全局障礙進(jìn)行路徑規(guī)劃,因此采用全局柵格地圖的方式來實(shí)現(xiàn)。

1 系統(tǒng)組成和結(jié)構(gòu)

對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì),硬件部分如圖1所示,移動(dòng)機(jī)器人下位機(jī)CPU是一個(gè)基于Cortex-M3內(nèi)核的芯片,位置信息由里程計(jì)獲取。超聲紅外傳感器獲取障礙物距離信息,九軸傳感器中的陀螺儀用來獲取角度信息。移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)通過串口控制舵機(jī)運(yùn)行,上位機(jī)通過無線模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

2 移動(dòng)機(jī)器人位姿和障礙信息獲取

2.1 里程計(jì)

里程計(jì)即為用來測(cè)量移動(dòng)機(jī)器人位移的霍爾傳感器,本設(shè)計(jì)使用的是霍爾元件A3144,其能夠感知磁鋼信息。當(dāng)磁鋼靠近霍爾傳感器時(shí),傳感器中的綠燈會(huì)亮,并輸出低電平,用數(shù)字“0”表示輸出低電平;當(dāng)磁鋼遠(yuǎn)離霍爾傳感器時(shí),傳感器中的綠燈滅,又回到原來的高電平,用數(shù)字“1”表示輸出高電平。當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),固定在車輪上的每個(gè)磁鋼會(huì)不斷地靠近和遠(yuǎn)離霍爾開關(guān)傳感器,這時(shí)就會(huì)在示波器上顯示出方波。

圖1 移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃結(jié)構(gòu)框圖

為了使測(cè)量的移動(dòng)機(jī)器人行程信息更加準(zhǔn)確,本設(shè)計(jì)在一個(gè)車輪輪彀上貼4個(gè)磁鋼。如果只計(jì)算一個(gè)車輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù),會(huì)因?yàn)檐囕喤紶柍霈F(xiàn)的打滑有較大的誤差,因此在移動(dòng)機(jī)器人對(duì)角線的兩個(gè)車輪上分別安裝4個(gè)磁鋼,對(duì)兩個(gè)車輪測(cè)得的位移取平均值,以此來減小一個(gè)車輪打滑所產(chǎn)生的誤差。整體布局情況如圖2所示。

圖2 磁鋼分布的位置

軟件上采用GPIO中斷的方式讀取數(shù)據(jù),每次CAP口捕捉到下降沿的時(shí)候,則計(jì)數(shù)一次,這樣根據(jù)捕捉到的下降沿的個(gè)數(shù),就可以知道磁鋼和霍爾傳感器相互感應(yīng)的次數(shù),再乘以每次感應(yīng)的一個(gè)周期內(nèi)車輪轉(zhuǎn)過的距離,就可以得到機(jī)器人行走的距離。因?yàn)樾枰杉瘍蓚€(gè)車輪的數(shù)據(jù),采用兩個(gè)GPIO中斷獲取數(shù)據(jù),然后再去取平均值,以此來減小誤差。

假設(shè)左前輪上里程計(jì)與磁鋼感應(yīng)的次數(shù)為n1,右后輪上的次數(shù)為n2,如圖3所示,測(cè)得機(jī)器人車輪的周長(zhǎng)L為20 cm,最后機(jī)器人中心點(diǎn)O行走經(jīng)過的路程S為:

2.2 陀螺儀和電子羅盤

移動(dòng)機(jī)器人獲取角度信息可以采用陀螺儀或者電子羅盤,陀螺儀通過對(duì)角速度積分,便能得到角度值,但是時(shí)間較長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生零漂。而電子羅盤可以直接獲取角度信息,但是容易受周圍磁場(chǎng)干擾。本設(shè)計(jì)考慮用兩者進(jìn)行數(shù)據(jù)融合獲取角度信息。陀螺儀選用ITG3205,電子羅盤選用HMC5883L。為了減少一些電磁干擾,電子羅盤外加了屏蔽罩。兩者與CPU的連接使用的是I2C接口,其I2C的軟地址分別為0xd0和0x3c。硬件連接如圖4所示。

圖3 路程的測(cè)量

圖4 角度傳感器引腳連接

2.3 位姿獲取

移動(dòng)機(jī)器人位姿獲取采用了航姿推算法計(jì)算機(jī)器人相對(duì)于初始位置的位移角度信息。

2.4 障礙物信息獲取

為了得到機(jī)器人的周邊環(huán)境信息,需要使用傳感器。本文使用超聲云臺(tái)傳感器和紅外傳感器結(jié)合起來獲取障礙物信息。對(duì)于超聲云臺(tái),通過I/O口控制超聲傳感器旋轉(zhuǎn),可以測(cè)量前方180度的障礙物信息,返回給CPU的是障礙物距離信息。其具體的流程如圖5所示。首先根據(jù)移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度調(diào)整云臺(tái)轉(zhuǎn)速,讓其很好地獲取每一個(gè)角度的信息,而后依次獲取前方5個(gè)點(diǎn)的信息,此時(shí)采樣完成,由于超聲傳感器有時(shí)候由于鏡面反射之類的原因,存在無判斷,因此采用濾波算法進(jìn)行處理,由于篇幅問題這里不再贅述。

圖5 障礙物信息獲取流程圖

由于超聲云臺(tái)只能夠獲取前方障礙物信息,為了使移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)行獲取周圍障礙物信息,設(shè)計(jì)采用4個(gè)紅外傳感器,分別布局在前方兩個(gè),左方一個(gè),右方一個(gè)。通過探測(cè)4個(gè)方向近距離處是否有障礙物,來指導(dǎo)機(jī)器人運(yùn)動(dòng),避免碰撞到障礙物,同時(shí)獲取障礙物信息。

3 移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃研究

3.1 A*算法簡(jiǎn)介

A*算法是一種啟發(fā)式搜索算法,即機(jī)器人對(duì)路徑規(guī)劃中所要搜索的點(diǎn)會(huì)預(yù)估其代價(jià)值,其代價(jià)值是猜測(cè)得到的,并不是實(shí)際測(cè)量的[11]。A*算法中最關(guān)鍵的公式是表示每一個(gè)節(jié)點(diǎn)代價(jià)值的預(yù)估代價(jià)函數(shù)F:

式中,G表示起始點(diǎn)到當(dāng)前點(diǎn)的實(shí)際代價(jià)值,也即沿著路徑移動(dòng)到指定方格的移動(dòng)耗費(fèi);H表示當(dāng)前點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的預(yù)估代價(jià)值[12]。為了簡(jiǎn)化計(jì)算,減小路徑規(guī)劃的時(shí)間復(fù)雜度,規(guī)定水平和垂直方向上的方格距離為10,對(duì)角線上距離為14。預(yù)估代價(jià)值H由曼哈頓函數(shù)計(jì)算得到[13],曼哈頓函數(shù)的計(jì)算方法就像在城市中從一個(gè)地方行走到另一個(gè)地方,在行走過程中是不能沿著對(duì)角線方向行走來穿過障礙物的,只可以通過直角轉(zhuǎn)彎來繞過障礙物,而曼哈頓計(jì)算的就是從起點(diǎn)行走到終點(diǎn)所經(jīng)過的街區(qū)數(shù)。因此預(yù)估代價(jià)值可以用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示為:

其中(ax,ay)表示起點(diǎn)的坐標(biāo),(bx,by)表示終點(diǎn)的坐標(biāo)。簡(jiǎn)言之,在計(jì)算預(yù)估代價(jià)值時(shí),應(yīng)忽略一切障礙物,只計(jì)算當(dāng)前點(diǎn)坐標(biāo)與終點(diǎn)坐標(biāo)差的絕對(duì)值之和。進(jìn)一步來說,預(yù)估代價(jià)值的計(jì)算是估算得到的,并不是通過測(cè)量計(jì)算得到的,這也是A*算法被稱為啟發(fā)式算法的原因。

A*算法實(shí)現(xiàn)過程中,需要建立兩個(gè)列表[14]:open表和close表。open表中存放的是當(dāng)前節(jié)點(diǎn)周圍的可以訪問到的節(jié)點(diǎn),這些節(jié)點(diǎn)不僅包括水平和垂直方向上的,還包括對(duì)角線上的節(jié)點(diǎn),最多就是該節(jié)點(diǎn)周圍的8個(gè)節(jié)點(diǎn),放在open表里的節(jié)點(diǎn)必須是非障礙物節(jié)點(diǎn)且不在open表或close表中的。close表則存放已經(jīng)訪問過的節(jié)點(diǎn)。

首先,尋路的第一步應(yīng)該是簡(jiǎn)化搜索區(qū)域,即用一個(gè)二維數(shù)組來表示搜索區(qū)域,網(wǎng)格中的每一個(gè)方格可以用二維數(shù)組中的坐標(biāo)來表示。其中方格用藍(lán)色表示為不可通過,用黑色表示即為可通過,并且路徑也可以被描述為從A到B所經(jīng)歷的方塊的集合。其中的每一個(gè)格子會(huì)被當(dāng)做節(jié)點(diǎn)對(duì)待,因?yàn)檫@樣做有利于描述不規(guī)則的地圖圖形,節(jié)點(diǎn)能夠被放置在地圖中的任何位置,可以在格子的中心,也可以在格子的邊界[15]。若直接用方格來描述,會(huì)比較麻煩,而且不夠準(zhǔn)確。

其次,將起點(diǎn)A作為待處理節(jié)點(diǎn)存放到open表中,由于open表中此時(shí)只有A節(jié)點(diǎn),所以A節(jié)點(diǎn)即為當(dāng)前點(diǎn),然后把起始點(diǎn)A從open表中取出放入關(guān)閉列表中。判定A點(diǎn)周圍可以通過的點(diǎn)并加入open表中,此時(shí)open表中會(huì)有8個(gè)節(jié)點(diǎn),即為A節(jié)點(diǎn)周圍的8個(gè)格子,將A點(diǎn)設(shè)置成這些可通過點(diǎn)的“父方格”。

每個(gè)加入開啟列表里的方格都有一個(gè)F值,標(biāo)注出了起始點(diǎn)周圍8個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的F、G、H的值。經(jīng)過多次取出,open表里F值最小的方格加入close表中,并比較G值大小來決定是否改變當(dāng)前點(diǎn)的父方格,最終就可以得到close表中的格子集合,即所要求得的最短路徑。可以知道從起始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)路徑規(guī)劃中所需要用到的點(diǎn),及各個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的值的大小、指針指向等信息。如果從目標(biāo)點(diǎn)開始沿著其指向父方格的指針開始尋找,最終能夠到達(dá)起始點(diǎn),這條路徑就是通過A*算法來規(guī)劃出的最優(yōu)路徑。

3.2 A*算法實(shí)現(xiàn)

具體實(shí)現(xiàn)流程圖如圖6所示。

圖6 A*算法實(shí)現(xiàn)流程

4 上位機(jī)界面設(shè)計(jì)

4.1 串口通信界面設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)使用Labwindows CVI進(jìn)行上位機(jī)界面設(shè)計(jì),首先編寫串口通信界面,如圖7所示。

圖7界面左邊幾個(gè)復(fù)選按鈕可以實(shí)現(xiàn)串口、波特率、校驗(yàn)位等選擇,第一個(gè)文本框可以輸入字符,通過串口發(fā)送到下位機(jī),第二個(gè)串口可以接收下位機(jī)發(fā)過來的傳感器數(shù)據(jù)。具體傳感器數(shù)據(jù)格式如圖8所示。

陀螺儀角度數(shù)據(jù)與超聲傳感器距離數(shù)據(jù)由分號(hào)隔開。第一部分的陀螺儀字符型數(shù)據(jù)被修改成整型數(shù)據(jù),默認(rèn)單位為度(°);第二部分為超聲傳感器發(fā)送的5個(gè)方向的距離數(shù)據(jù),默認(rèn)單位為厘米(cm),認(rèn)為其可使用距離為30～ 100 cm;第三部分為里程計(jì)所獲取數(shù)據(jù),用“P”與紅外測(cè)距傳感器隔開,默認(rèn)單位為厘米(cm);第四部分為紅外測(cè)距傳感器發(fā)送的4個(gè)方向(左右側(cè)面各一個(gè),正前方左右輪處各一個(gè)),默認(rèn)單位為厘米(cm)。需要指出的是,根據(jù)實(shí)際測(cè)試,某一方向上紅外傳感器如果沒有感知到障礙物,就發(fā)送“99”,因此,當(dāng)收到“99”時(shí)認(rèn)為距離足夠遠(yuǎn),這里是由于紅外傳感器測(cè)距方位在4～30 cm之間,不會(huì)達(dá)到99。

4.2 環(huán)境地圖繪制界面設(shè)計(jì)

接下來編寫環(huán)境地圖繪制界面,要能夠在界面上實(shí)時(shí)繪制地圖,且在上位機(jī)利用獲取的全局地圖使用A*算法進(jìn)行路徑規(guī)劃,如圖9所示。

圖9設(shè)計(jì)了環(huán)境網(wǎng)格地圖,可以在移動(dòng)機(jī)器人自學(xué)習(xí)的時(shí)候進(jìn)行起始點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)的設(shè)置,進(jìn)行路徑規(guī)劃,能夠?qū)*算法計(jì)算的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)顯示出來,同時(shí)顯示關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的距離角度信息。該界面是串口通信界面的子界面,能夠點(diǎn)擊圖7中的“打開地圖”按鈕進(jìn)入,點(diǎn)擊圖9的“退出”按鈕,退回到圖7界面。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

5.1 A*算法在上位機(jī)的仿真

為了驗(yàn)證A*算法的正確性,在上位機(jī)上對(duì)A*算法用VC做了仿真測(cè)試。分別選取U型圖、Z型圖來作為環(huán)境地圖進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖10所示。

圖9 環(huán)境地圖界面

圖10 A*算法驗(yàn)證

圖10(a)是一個(gè)22×21的網(wǎng)格,設(shè)起始點(diǎn)為(0,3),目標(biāo)點(diǎn)為(7,5)。其中白色圓圈表示的路徑即為最短路徑,白色矩形路徑為其他路徑,只需要證明白色圓圈走過的路徑小于其他路徑的距離,即可證明A*算法得出的路徑即為最短路徑。通過計(jì)算,可以得到白色圓圈經(jīng)過的距離為10×23+14×12=398,白色矩形路徑經(jīng)過的距離為10× 25+14×11=404。很明顯398小于404,并且在確定此起始點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)后,找不出有比白色圓圈路徑更短的路徑,因此在此環(huán)境中,A*算法得到的是最短路徑。

圖10(b)是一個(gè)23×24的網(wǎng)格,我們?cè)O(shè)起始點(diǎn)為(2,1),目標(biāo)點(diǎn)為(19,19)。其中白色圓圈表示的路徑仍為最短路徑,白色矩形路徑為其他路徑。通過計(jì)算,可以得到白色圓圈經(jīng)過的距離為10×31+14×12=478,白色矩形路徑經(jīng)過的距離為10×30+14×13=482。很明顯478小于482,并且在確定此起始點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)后,找不出有比白色圓圈更短的路徑,因此在此環(huán)境中,A*算法得到的是最短路徑。

5.2 利用傳感器繪制環(huán)境地圖

為了驗(yàn)證移動(dòng)機(jī)器人傳感器獲取的環(huán)境信息,在實(shí)驗(yàn)室搭建環(huán)境進(jìn)行測(cè)試。圖11(a)、(c)為實(shí)際環(huán)境,(b)、(d)為對(duì)應(yīng)的傳輸?shù)缴衔粰C(jī)的傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)過解析之后繪制出來的地圖,可見基本上障礙物信息能夠繪制出來。地圖中會(huì)存在一些數(shù)據(jù)的缺失,這是由于移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)行時(shí)紅外傳感器探測(cè)過程中的誤差導(dǎo)致,但是整體數(shù)據(jù)說明探測(cè)情況還是基本符合實(shí)際地圖的。

圖11 移動(dòng)機(jī)器人環(huán)境地圖繪制

5.3 A*算法進(jìn)行路徑規(guī)劃

在上位機(jī)能夠進(jìn)行環(huán)境地圖繪制的基礎(chǔ)上使用A*算法進(jìn)行路徑規(guī)劃,并且通過路徑規(guī)劃得到關(guān)鍵點(diǎn)指導(dǎo)移動(dòng)機(jī)器人自學(xué)習(xí)。對(duì)于環(huán)境C進(jìn)行A*算法處理,圖12中節(jié)點(diǎn)1顯示的是起始點(diǎn),節(jié)點(diǎn)7為目標(biāo)點(diǎn),其中灰色曲線為算法規(guī)劃的路徑曲線,選取一些關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)傳輸給移動(dòng)機(jī)器人,讓其進(jìn)行自主運(yùn)行。

從圖12(a)、(b)兩張圖中可以看出,關(guān)鍵點(diǎn)-1即第一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)(圖中節(jié)點(diǎn)2)與起點(diǎn)(圖中節(jié)點(diǎn)1)的距離為200 cm,與其角度為0度,它們之間有9個(gè)格子,再加上關(guān)鍵點(diǎn)共10個(gè)格子,乘以20 cm的比例尺,得到200 cm是正確的結(jié)果,且關(guān)鍵點(diǎn)1與起始點(diǎn)在同一直線上,所以其間角度的確實(shí)為0度。圖(b)中對(duì)于關(guān)鍵點(diǎn)0(圖中節(jié)點(diǎn)3),即表示第二個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)(圖中節(jié)點(diǎn)3)與第一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)(圖中節(jié)點(diǎn)2)的距離為28 cm,與其角度為45度,它們之間有1個(gè)格子,再加上特殊點(diǎn)共2個(gè)格子,但對(duì)角線的距離應(yīng)是直角邊的1.4倍,乘以14 cm的比例尺,得到28 cm是正確的結(jié)果。故在上位機(jī)得到的關(guān)于關(guān)鍵點(diǎn)間的距離和角度值是正確的。

圖12 關(guān)鍵點(diǎn)角度和距離的測(cè)量曲線

結(jié) 語

本文設(shè)計(jì)了可以探測(cè)未知環(huán)境的移動(dòng)機(jī)器人,能夠通過傳感器獲取移動(dòng)機(jī)器人的位姿信息,實(shí)現(xiàn)了下位機(jī)與上位機(jī)的無線通信,在此基礎(chǔ)上,利用A*算法實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃和指導(dǎo)移動(dòng)機(jī)器人自主運(yùn)行。搭建一些實(shí)驗(yàn)環(huán)境,通過移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)行結(jié)果說明有一定的效果,當(dāng)然還存在一些不足,譬如對(duì)于動(dòng)態(tài)障礙物就無法實(shí)時(shí)更新地圖進(jìn)行重新規(guī)劃,接下來會(huì)對(duì)于動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃作進(jìn)一步的研究。

[1]許亞.基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃研究[D].濟(jì)南:山東大學(xué),2013:78-83.

[2]Kazuo Sugihara,Ichiro Suzuki.Distributed Algorithms for Formation of Geometric Patterns with Many Mobile Robots [J].Journal of Robotic Systems,1996,13(3):127-139.

[3]張洪,錢勝,陳路.多傳感器在確定智能小車安全區(qū)域中的應(yīng)用[J].傳感器與微系統(tǒng),2013,32(12):145-147.

[4]韓保亮.基于多傳感器的機(jī)器人環(huán)境建模與導(dǎo)航[D].南京:南京師范大學(xué),2013:2-4.

[5]莊春華,趙治華,張益青,等.衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)綜述[J]. 2014,3(2):34-36.

[6]Willms A R,Yang S X.An efficient dynamic system for realtime robot-path planning[J].IEEE Transactions on Systems,Man,and Cybernetics,Part B:Cybernetics,2006,36 (4):755-766.

[7]H R Everett.Sensors for Mobile Robots[M].New-York:Theory and Applications,1995:568-789.

[8]Ulrich I,Borenstdn J.VFH+:Reliable obstacle avoidance for fast mobile robots[C]//Proceedings of the 1998 IEEE International Conference on Robotics and Automation,1998.

[9]王耀賓.超聲導(dǎo)航移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)及模糊避障技術(shù)研究[D].青島:中國海洋大學(xué),2008:1-3.

[10]Tao Gao,Zhen Jing Yao.Sensors Network for Ultrasonic Ranging System[J].International Journal of Advanced Pervasive and Ubiquitous Computing(IJAPUC),2013,5(3): 47-59.

[11]劉軍.基于改進(jìn)蟻群算法的移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃研究[D].鄭州:鄭州大學(xué),2010:92-95.

[12]Jin F,Hong B.Path planning for free-flying space robot using ant algorithm[J].Robot,2002,24(6):526-529.

[13]汪浩杰.多機(jī)器人系統(tǒng)中圍捕策略的研究[D].武漢:華中科技大學(xué),2007:37-43.

[14]Kazuo Sugihara,Ichiro Suzuki.Distributed Algorithms for Formation of Geometric Patterns with Many Mobile Robots [J].Journal of Robotic Systems,1996,13(3):127-139.

[15]張前哨.基于A*算法的地圖尋徑的研究[D].武漢:武漢科技大學(xué),2005.

張燕(講師),主要從事嵌入式系統(tǒng)以及移動(dòng)機(jī)器人的研究。

(責(zé)任編輯:薛士然 收修改稿日期:2016-05-24)

Usage of A*Algorithm in Self-learning of Mobile Robot

Zhang Yan,Xu Yichao,Sheng Zhou
(Jinling College of Nanjing University,Nanjing 210089,China)

The unknown environment is studied by the sensors to get the environment map,then A*algorithm is used to get the optimal path planning.The key nodes are choosed by the algorithm and then are passed to the mobile robot.The mobile robot can move autonomously according to these nodes in the same environment.The experiment results show that the robot can run well.

path planning;A*algorithm;self-learning;2D map

TP751.1

:A

省部級(jí)江蘇省高校自然科學(xué)研究面上項(xiàng)目申報(bào)書(15KJB510013)。