[發明專利]基于改進A*算法與人工勢場算法的混合路徑規劃方法

在審

• 申請號: 202111521794.2
• 申請日: 2021-12-13
• 公開（公告）號: CN114489040A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 王海軍;陶偉忠;胡小剛;任雷平;李韜;劉朝;楊文宇;上官星馳;張云泰
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團信息技術有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 李鄭建

本發明公開了一種基于改進A*算法與人工勢場法的混合路徑規劃方法，將全局預測和局部實時規劃結合成一個混合的兩層算法，即采用改進A*算法完成全局預測，得到全局最優的路徑節點；然后在這些節點中選擇拐點作為實時規劃的指導，實時規劃層采用改進人工勢場法實時動態避開障礙物，連續運行每個子目標點，最終到達目標點完成任務；該方法針對兩種算法各自的優缺點進行算法結合，大大簡化了算法的復雜度，使得算法更加利于實際用途。可以有效地彌補單個算法的不足，達到取長補短，1+1＞2的效果。

技術領域

本發明屬于路徑規劃研究技術領域，涉及一種算法，特別是一種基于改 進A*算法與人工勢場法的混合路徑規劃方法。

背景技術

煤炭行業作為我國重要的傳統能源行業，是我國國民經濟的重要組成部 分，其智能化建設直接關系我國國民經濟和社會智能化的進程。煤礦智能化 是煤炭工業高質量發展的核心技術支撐，將人工智能、工業物聯網、云計算、 大數據、機器人、智能裝備等與現代煤炭開發利用深度融合，形成全面感知、 實時互聯、分析決策、自主學習、動態預測、協同控制的智能系統，實現煤 礦開拓、采掘(剝)、運輸、通風、洗選、安全保障、經營管理等過程的智 能化運行，對于提升煤礦安全生產水平、保障煤炭穩定供應具有重要意義。

目前煤炭洗選加工領域重介質選煤以其分選效率高、分選密度調節范圍 寬、適應性強、分選粒度范圍寬、生產過程易于實現自動化等優點備受關注， 近些年來較多的應用于煤炭洗選加工領域，適用于各種可選性原煤的分選， 特別是在難選、極難選煤的分選中更受重視，已經超過跳汰分選成為主要分 選方式。但是，目前自動取介系統自動化程度低，取介過程中大多依靠人工 控制，造成了取介效率低，人工勞動強度大、工作環境惡劣等問題，存在重 大的安全隱患。且人工進行介質調配過程中勢必會造成介質的損耗，因此在 選煤廠整個介質系統中，如何通過精準控制構建一套安全高效的自動智能取 介控制系統顯得尤為重要。

國內外研究現狀及發展動態：

無人路徑規劃研究現狀

無人駕駛裝置的路徑規劃方法很多，分類方法也各不相同：根據環境信 息是否已知，可分為基于室內環境信息的全局路徑規劃和基于傳感器信息的 局部路徑規劃。根據障礙物信息是靜態的還是動態的，根據環境信息的特點 可分為靜態路徑規劃(離線規劃)和動態路徑規劃(在線規劃)可分為離散 路徑規劃和連續路徑規劃被分割。另外，路徑規劃一般分為四類：傳統算法、 圖形方法、智能規劃算法和混合規劃算法。傳統算法包括Dijkstra算法、 人工勢場法、模糊邏輯算法和模擬退火算法，圖形學方法包括觀察室法、網 格法和Voronoi圖法等。智能路徑規劃算法包括蟻群算法、神經網絡算法等。 遺傳算法和粒子群算法等，由于每種方法各有優缺點，適用于不同的情況， 因此混合路徑規劃算法是兩種或兩種以上優勢互補的算法的組合。

國外科學家LaValle等人提出了一種快速擴展的隨機樹算法(RRT)， 該算法不需要環境模型來適應復雜環境下無人艇的路徑規劃，且搜索速度快。 由于RRT算法的不穩定性、偏差性和缺乏領導力，一些科學家提出了ERRT (擴展RRT算法)、DRRT(動態RRT算法)、MP。擴展RRT算法(multipartierrt) 在一定程度上提高了RRT算法的穩定性。人工勢場法(APF)將工作環境虛 擬化為一個人工勢場，必須考慮重力和障礙物對目標的排斥作用。該算法具 有較高的計算效率，但在規劃時很容易降為局部極小值。死鎖現象或障礙物 發生的現象。為了彌補APF算法的不足，Ge等人提出了一種改進的APF算法， 并提供了一種新的緩沖函數來保證目標點是整個人工勢場的全局最小點。基 于光的折射理論，Richbourg提出了一種基于能量消耗的全局路徑規劃算法。 首先根據地形屬性將工作區域劃分為不同的各向同性區域，然后利用光的折 射率計算不同屬性區域之間的變化。找到一條能耗最小的道路。