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[期刊] 实验技术与管理
[作者]
杨振舰 庄亚楠 陈亚东
针对建筑机器人在施工现场获取地图信息时间长且需要规划出一条全局的、能实时避障的路径等问题，该文提出了一种应用建筑信息模型（building information model，BIM）技术建立导航地图并进行路径规划的算法。根据BIM模型中的信息对传统RRT算法进行优化改进，提出了IRRT（Improved Rapid-exploration Random Tree）算法。首先将原有的固定步长改为动态步长，通过判断与目标点的远近界定步长大小，避免了节点的盲目扩张；其次，对随机采样点的生成范围进行了约束，并设置一个同时考虑目标点和随机点的权重来解决传统RRT算法中新生成点仅由随机采样点单一决定的问题；算法陷入最小值时选取随机扰动策略进行逃脱；最后在全局路径的相邻节点间使用动态窗口法进行局部避障。实验仿真结果表明IRRT算法比传统RRT算法在搜索速度上快了3倍多，平均路径比改进前减少25.56%，平均节点减少8.92%，加入动态窗口法后有效提高了机器人实时避障能力，更适合多变室内环境使用。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
倪建云 李浩 谷海青 杜合磊 吴杰 薛晨阳
针对B-RRT算法在进行路径规划时存在的采样效率低、路径冗长且不光滑，以及无法实时避障等问题，该文提出了基于改进的可变采样区域双向RRT（VSRB-RRT）和DWA的避障路径规划融合算法。在全局规划过程中，改进VSRB-RRT算法使用可变采样区域和目标偏置策略相结合的方法，加快了收敛速度并提高了采样效率，并使用贪婪优化、迭代优化和关键点优化生成代价低且光滑可执行的路径。在局部规划过程中，以改进VSRB-RRT算法规划的路径为指引，选取路径上的关键点，并使用改进DWA算法在关键点分段路径上分段规划。仿真实验表明：改进VSRB-RRT算法具有较好的搜索效率，能够以最少的时间和最稳定的效率获得最优路径，同时也验证了融合算法在实时避障路径规划时的有效性。
[期刊] 物流技术
[作者]
杨凌云 陈花 赵岩 方辉
针对SLAM导航机器人在医院运输的应用，由于DWA算法存在速度控制不平滑、易产生振荡、易陷入局部最优等不足，提出一种改进的DWA算法，将运输过程中加减速导致所运输物品受力的情况作为算法效能评价指标嵌入DWA算法，通过对动态窗格分区域评估，使得机器人运行曲线更加平滑、减小被运送物体的振荡，显著提升了机器人的运行安全、平稳性，同时降低了机器人运行过程的综合能耗。通过仿真分析验证了该优化算法的有效性。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
何启嘉 王启明 李佳璇 王正佳 王通
该文提出了一种基于深度强化学习的优势竞争网络(advantage dueling double deep Q-network,AD3QN)算法作为500 m口径球面射电望远镜(five-hundred-meter aperture spherical radio telescope,FAST)促动器自动化维护车间转运机器人的路径规划方法。通过预先学习竞争网络中的状态价值层,使状态价值参数根据环境状态进行初始化,减少了首次接触目标点所需要的步数;通过改进竞争网络中的贪婪搜索算法,使环境探索与利用的转变更为合理;通过改进动作选择策略,使机器人路径规划不易陷入局部极小值,进一步加快了算法收敛的速度。AD3QN算法具有动态规划能力强、实时性好、柔性高、鲁棒性强和准确率高等优点。对促动器自动化维护车间进行建模并测试网络改进前后的路径规划能力,仿真结果表明:采用AD3QN算法在首次找到目标点用时方面比一般竞争网络快176%。该研究有望提高FAST促动器的维护效率,进而减少对FAST观测时间的挤占。
[期刊] 南京农业大学学报
[作者]
李文峰 徐蕾 杨琳琳 刘文荣 潘坤 李超
摘要：［目的］针对丘陵地区因田块碎片化和障碍物影响农业机器人作业的情况。本研究旨在提出一种基于改进蚁群算法和A*算法相结合的多田块路径规划方法。［方法］通过无人机构建农田遥感影像，利用栅格法对农田进行环境建模，再进行子区的划分与合并，在蚁群算法中引入区域启发函数，对不同区域内的移动代价作区分，并通过人工增加最优路径中的信息素浓度和建立自适应信息素挥发系数，对信息素更新方法进行改进，以此求解作业子区间的最优遍历顺序，利用具有启发式搜索功能的A*算法进行子区连接路径规划，最终实现多田块路径规划。［结果］MATLAB仿真试验结果表明，在子区数量为40时，采用改进蚁群算法进行规划的平均路径长度比传统的蚁群算法减少了3.19%，平均迭代收敛次数减少了79.5%；在路径遍历仿真试验中，农业机器人遍历路径覆盖率能达到100%，路径重复率为6.48%。利用农田无人机遥感影像和田间作业参数进行自然环境的仿真试验，进一步验证了该方法的有效性。［结论］本研究提出的方法能有效解决丘陵地区农业机器人多田块路径规划问题，可为丘陵地区农业机器人大面积作业提供路径参考与技术支持。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
李亚昕 王国磊 张剑辉 田鑫亮 安静 陈恳
针对复杂封闭类管道零件喷涂过程中避障的需求,该文提出了一种基于碰撞反馈的冗余机械臂避障算法,该算法利用投影相交法进行碰撞检测,将碰撞类型分为可规避碰撞及不可规避碰撞两类:针对可规避碰撞,提出了关节权值动态调整算法,通过加强对碰撞关节的运动限制,同时放宽对其他关节的约束,实现自运动优化避障;针对不可规避碰撞,提出了基于“杠杆原理”的调整方法,通过调整目标点的姿态实现避障。最后,通过设计关节加速度的优化函数对轨迹进行优化以减少机器人的冲击惯性。通过仿真实验,验证了上述算法的可行性。
[期刊] 物流技术
[作者]
唐淑华 刘高平 王遵义
针对目前电商仓库拣货方式的发展,对机器人拣货路径进行研究与优化。首先实现仓库地图的模拟,得到JAVA语言可识别的描述文件。其次通过JAVA语言实现对描述文件的信息提取与运用,并结合最邻近算法及迪杰斯特拉算法融合进行计算。然后通过JAVA语言与MySQL数据库结合进行避障算法的设计,得到可运行的方案。最后运用MATLAB得到模拟避障结果。测试结果表明,该设计可明显提高路径规划效率,避免道路堵塞等意外发生。
关键词：
机器人 拣货 路径规划 迪杰斯特拉算法
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
陈正升 王雪松 程玉虎 刘凯旋
路径规划是人工智能与机器人工程专业本科生“智能机器人与无人系统”课程的重要内容，具有理论性与实践性强及知识更新快等特点。为了使学生直观深入地掌握该知识点，该文以机器人操作系统ROS为基础，搭建了一套虚实结合的移动机器人路径规划实验平台。该平台的仿真客户端采用模块化方法将移动机器人、多种全局与局部路径规划算法及典型动态环境地图集成到虚拟仿真平台中，同时设计人机交互界面对仿真平台与真实移动机器人进行控制与参数显示。进一步，通过ROS节点通信机制实现仿真平台与真实移动机器人之间的信息交互，实现仿真客户端对机器人的控制与信息传递。最后，以Turtlebot2移动机器人为对象，开展路径规划算法的仿真与实验以对平台进行验证。
[期刊] 工业工程
[作者]
谢勇 郑绥君 程念胜 朱洪君
针对无人仓中多AGV路径规划与冲突问题，以最小化总行程时间为目标，建立多AGV路径规划模型，提出一种基于动态决策的改进DQN算法。算法设计了基于单AGV静态路径规划的经验知识模型，指导AGV的学习探索方向，提前规避冲突与障碍物，加快算法收敛。同时提出基于总行程时间最短的冲突消解策略，从根本上解决多AGV路径冲突与死锁问题。最后，建立无人仓栅格地图进行仿真实验。结果表明，本文提出的模型和算法较其他DQN算法收敛速度提升13.3%，平均损失值降低26.3%。这说明该模型和算法有利于规避和化解无人仓多AGV路径规划冲突，减少多AGV总行程时间，对提高无人仓作业效率具有重要指导意义。
[期刊] 运筹与管理
[作者]
任剑锋 叶春明 杨枫
本文以车间搬运机器人为研究对象,在考虑时间窗的前提下,求解机器人进行物料配送和成品回收场景下的路径优化问题。提出一种强化学习遗传蚁群算法,首先利用扫描法求解初始搬运机器人的数量,并将子路径节点的几何中心设置为虚拟节点,利用嵌入遗传算子的蚁群算法求解连接虚拟节点的最优路径,再利用强化学习算法求解子路径的最优结果;最后将基本成本、运输成本和时间惩罚成本的加权和作为目标解,并最终求出满足约束条件的最优解。通过与基准问题求解结果对比,验证了强化学习遗传蚁群算法的优越性。
[期刊] 物流技术
[作者]
李志鹏 李明
针对传统蚁群算法中初期路径搜寻盲目、启发式函数作用较小、信息素更新规则单一、动态窗口法缺少全局性指导等问题，提出了基于改进蚁群算法的全局路径规划，通过改进初始信息素，提高了算法初期的寻径效率；通过改进启发式函数，减少了算法收敛的时间；通过改进信息素更新规则，同时考虑了路径长度和能耗，增加了路径的优越性。之后将改进后的蚁群算法与动态窗口法相融合，增加了动态窗口法中的评价函数，使动态窗口法沿改进蚁群算法最优路径进行实时的局部路径规划，令路径的静态全局最优和动态实时规划得到了兼容。仿真实验表明，改进后的蚁群算法相较传统算法迭代速度更快，转弯次数更少，融合后的算法在复杂环境中可以精确地实时路径规划，充分证明了该融合算法的可行性。
[期刊] 物流技术
[作者]
李志鹏 李明
针对传统蚁群算法中初期路径搜寻盲目、启发式函数作用较小、信息素更新规则单一、动态窗口法缺少全局性指导等问题，提出了基于改进蚁群算法的全局路径规划，通过改进初始信息素，提高了算法初期的寻径效率；通过改进启发式函数，减少了算法收敛的时间；通过改进信息素更新规则，同时考虑了路径长度和能耗，增加了路径的优越性。之后将改进后的蚁群算法与动态窗口法相融合，增加了动态窗口法中的评价函数，使动态窗口法沿改进蚁群算法最优路径进行实时的局部路径规划，令路径的静态全局最优和动态实时规划得到了兼容。仿真实验表明，改进后的蚁群算法相较传统算法迭代速度更快，转弯次数更少，融合后的算法在复杂环境中可以精确地实时路径规划，充分证明了该融合算法的可行性。
[期刊] 开放教育研究
[作者]
黄荣怀 刘德建 阿罕默德·提利利 张国良 陈莺 王欢欢
生成式人工智能推动智能社会加速演进，智能技术赋能教育正引发教育组织和服务模式的深刻变革。教学实践转向教师智能和机器智能的互补与融合，人机协同教学将成为未来主流教学方式，以适应智能时代个性化、高效率、包容性和多元化教学需求。为释放人机协同教学潜能，推动其安全有序发展，本研究基于“计算机作为社会行动者”理论和人机协同教学的探索实践，分析物理空间、虚拟空间和混合空间中人机协同教学的典型形态，界定人机协同教学的内涵和关键场景，构建人类教师与教育机器人、虚拟化身/代理和数字孪生有机联动的人机协同教学框架——iSTAR。该框架将人机协同教学的实践层次分为人使用机器、基本人机协作、双重人机协作和复杂人机协作四个级别，强调以人为本妥善规划人机协同教学路径，包括从数据采集到人机交互的全流程合理设计，机器使能规范、伦理与数字素养保障，以及社会实验驱动的技术准入、场景规范和影响评估等，以期为智能时代人机协同教学发展提供理论借鉴和行动指南。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
原新 苑新伟 刘志林
为了更好解决移动机器人路径规划中的最优路径及动态避障问题,提出了一种蝙蝠算法与动态窗口法相结合的混合路径规划方法。针对基本蝙蝠算法存在后期收敛速度慢、收敛精度低等问题,首先提出基于对数递减策略和柯西扰动的改进蝙蝠算法。在此基础上,将多个路径指标作为适应度函数,实现了基于蝙蝠算法的全局路径搜索。最后,将全局路径规划的路径节点依次作为动态窗口法的局部目标点,实现了全局路径规划与局部动态避障的结合。实验结果表明,改进的蝙蝠算法具有更好的寻优性能,动态窗口法与蝙蝠算法结合后,在保证路径长度尽可能短的同时,实现了动态避障。
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