张 文 刘 勇 张超凡 张 龙 夏营威

(1．中国科学院合肥物质科学研究院应用技术研究所，合肥230031;2．中国科学技术大学，合肥230026)

基于方向A*算法的温室机器人实时路径规划

张 文1，2刘 勇1张超凡1，2张 龙1夏营威1

(1．中国科学院合肥物质科学研究院应用技术研究所，合肥230031;2．中国科学技术大学，合肥230026)

针对复杂环境下的温室机器人路径规划问题，重点研究了生成路径的平滑设计、碰撞检测和算法实时性，提出一种方向A*算法。首先采用“视野线”平滑原则优化路径，消除锯齿效应并避免部分碰撞;其次应用“圆弧—直线—圆弧”转弯策略，避免机器人本体宽度影响;最后基于二叉堆加速算法，提升算法计算效率。仿真实验结果表明，方向A*算法满足平滑要求且能有效避免碰撞，加速算法平均提速4～7倍。同时，机器人在真实实验环境下能实现安全自主导航，跟踪误差小于0.15m，验证了所提方法的可行性。

温室机器人;路径规划;方向A*算法;二叉堆

引言

路径规划是温室机器人实现自主导航的核心问题，指在具有障碍物的环境下，按照一定的评价标准，搜索一条从起始状态(位置和姿态)到目标状态的最优或次优的安全无碰撞路径［1－3］。根据环境感知信息的不同程度，目前路径规划方法主要分为两类:一是基于已知环境信息的全局路径规划方法(人工势场法［4］、栅格法［5］、A*算法);二是基于实时传感器数据的局部路径规划方法(D*算法［6］、遗传算法［7］、蚁群算法［8］)。

A*算法是一种基于启发式函数的全局路径规划方法，适用于二次规划［9］。……