未知環境探索(一)

2021-06-27 07:03:07 字數 2766 閱讀 2500

自己摸索難免走彎路。

言歸正傳:

(1)自主環境探索關鍵技術:

與傳統的路徑規劃相比,自主環境探索並不是簡單的使機械人到達某一特定的目標點,而是使機械人不斷到達一系列目標點以便能夠獲取整個環境的資訊。

需解決的問題:①如何根據感測器的資訊產生一系列的目標點;②如何從當前位置運動到目標點;③如何對感測器資訊進行處理而構建所需的環境地圖。

(2)自主環境探索研究現狀:

yamauchi提出了基於邊界(frontier)的探索策略,即將已知區域與未知區域的交界定義為邊界,進而生成環境探索的候選目標點。

以邊界探索為基礎,moorhead和simmonesls綜合評價每個邊界的探索代價和資訊增益,並以此來決定下一步的最優探

索目標點.

giuseppe oriolo提出了srt(sensor一basedrandomtree)探索策略,隨機選擇提取的邊界作為下一步的探索目標點.

tae一bumkwon和jae一boksong提出了tte(thin-ning一basedtopologiealexploration)探索策略,該策略以實時構建的拓撲地圖節點為基礎,機械人根據當前感測器資料分析各個節點周圍的環境,以決定機械人是否需要對該節點進行探索.

為了綜合考慮路徑規劃與導航,獲得未知資訊量多少,機械人與目標點間的運動距離/機械人運動損耗等問題,很多研究人員將nbv(next best view)概念引入了移動機械人自主環境探索研究,並根據相應的效能指標函式/效用函式等來選擇移動機械人下一步的最優探索目標點.

① 隨機探索策略

sensor-based random tree(srt)方法

rrt演算法

包圍式探索的rrt演算法

參見路徑規劃學習1.

②既定路徑探索

螺旋搜尋式探索策略

沿牆行走探索策略

i)三個紅外感測器,夾角30度。測得引數分為左中右分別記錄。

所使用的紅外感測器:

探測模型,是基於能一次探測左、前、右三方270度資訊。

為什麼要沿牆行走,解決什麼樣的問題??文章中沒有介紹。

ii)通過沿牆走策略解決人工勢能場區域性極小問題

使用平台:pioneer3-dx 機械人配備有聲納測距。獲知障礙物周邊環境的距離,甚至可以近似計算出障礙物邊緣的切線方向。

可以看出這種方法能達到我需要的沿牆行走效果。甚至可以研究在障礙物動態干擾下避開的方法。

iii)紅外psd沿牆導航控制  基於psd的沿牆導航系統比聲吶系統具有更高的效能**比(該文2023年)

該psd探測器100--800mm測距範圍。因此測量如圖部分的範圍需要至少安裝6個感測器。實際測距精度10%

導航結果:

使用平台:十二個超聲波感測器,按360度均勻分布

探測:

最後**結果:

v) 平台: khepera 2,6對紅外感測器、發射器。

測距0.15m到0.85m。

模糊q學習方法(略)

得到結果:

可以實現沿牆走的導航性質。

vi)提出沿牆導航問題大多使用超聲波或者聲吶。本文使用tcrt5000 紅外感測器,其工作原理與一般紅外感測器一樣,**便宜,感知效果上雖不如 psd 紅外感測器,但是本文重點是從硬體和控制策略上彌補其不足,提高移動機器鼠迷宮沿牆導航控制的穩定性和可靠性。

可以看到幾乎是聲吶/超聲波/紅外psd導航

基於聲吶的沿牆導航:結果

這是2023年比較好的一篇

以下是2023年9月

提出因為測量精度不高、數量有限、沿牆效果不佳的改進方法

仍然是超聲波。測距範圍是30mm到3000mm,精度達3mm。至少四組超聲波感測器。

從控制的角度改進的,並不是從沿牆的演算法改進的。

08年接近式沿牆走:

參考文獻;未知環境探索.沿牆行走.基於單超聲波感測器的移動機械人沿牆導航策略_華亮

③基於前沿理論的探索策略(現代環境探索問題,被看做nbv next best view問題,生成最優探索點與選擇最優探索點問題)

前沿指已探索領域與未探索領域的邊界。機械人達到前沿領域把新資訊新增到已知地圖資訊中

候選點的評價;效用函式:路程損耗與資訊增益

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