基于改进A^*算法的矿用机器人救援路径规划及仿真分析

摘要

【目的】煤矿井下灾后现场情况复杂，针对传统A^*算法的煤矿机器人救援路径规划存在路径不安全、效率低等问题，结合栅格地图及救援机器人可沿任意方向移动的特点，多方面对传统A^*算法进行改进。【方法】首先，引入了机器人尺寸叠加到障碍物的概念，以确保路径的安全性。其次，通过优化启发函数，降低偏离最佳路径节点的扩展数量，减少冗余节点与路径转折，降低了计算复杂度。最后，采用动态调整算法将路径转折角圆弧化，对所得路径平滑处理，提高了路径的可操作性。最终获得路径代价更小、耗时更短、转弯次数更少的优化路径。基于改进的A^*算法，利用MATLAB开展了不同尺寸及不同障碍物覆盖率下救援机器人路径规划的仿真模拟试验。【结果】结果表明：相较于传统A^*算法，在崎岖环境地图中改进的A^*算法使搜索节点降低了26.51%、计算时长减少了80.42%、路径长度缩短了31.85%、转向次数减少了44.44%，提高了路径的搜索效率和平滑程度。【结论】改进的A^*算法为复杂工况环境下煤矿机器人的救援工作提供了一定的理论基础。

关键词

A^*算法优化 / 煤矿救援机器人 / 路径规划 / 启发函数 / 动态调整算法