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障碍物密集环境中基于反应式规划的移动机器人控制
Reactive Planning based Control for Mobile Robots in Obstacle-Cluttered Environments

作者: Li Tan, Junlin Xiong, Yan Wang 等4人
arXiv: 2605.14232v1
分类: cs.RO
📝 论文摘要
本文研究了在障碍物密集环境中移动机器人的运动控制问题。移动机器人仅能获取部分环境信息,旨在从初始位置无碰撞地运动至目标位置。为此,提出了一种基于反应式规划的控制策略(RPCS)。首先,将初始位置与目标位置连接为参考轨迹。随后,开发了一种反应式规划策略(RPS),通过基于局部环境信息对参考轨迹进行局部修正来确保避障。接着,提出了一种自适应跟踪控制策略(ATCS),利用离散化技术跟踪可能经过局部修正的参考轨迹。最后,将RPS与ATCS相结合构建RPCS,并通过数值算例验证了其有效性与优势。

📊 核心分析

🎯 研究动机
- 解决移动机器人在**障碍物密集环境(obstacle-cluttered environments)** 中的运动控制问题 - 机器人仅拥有**部分环境信息(partial environment information)**,需要从初始位置无碰撞到达目标位置 - 现有方法在局部信息条件下难以同时保证轨迹跟踪精度和实时避障能力
🔧 核心方法
- 提出**反应式规划控制策略(Reactive Planning based Control Strategy, RPCS)**,将初始与目标位置连接为参考轨迹 - 开发**反应式规划策略(Reactive Planning Strategy, RPS)**,基于部分环境信息局部修改参考轨迹以实现避障 - 设计**自适应跟踪控制策略(Adaptive Tracking Control Strategy, ATCS)**,通过离散化技术跟踪可能经局部修改的参考轨迹 - 将RPS与ATCS结合形成完整的RPCS框架
💡 核心创新
- **首创性融合**:将反应式规划(局部避障)与自适应跟踪控制(轨迹跟踪)统一在同一框架中,避免传统分阶段方法的延迟 - **局部修改机制**:仅基于部分环境信息对参考轨迹进行局部调整,无需全局地图,降低计算开销 - **离散化跟踪**:利用离散化技术实现自适应跟踪,适应轨迹的实时变化,增强鲁棒性
🏆 总体贡献
- 为**部分环境信息下的移动机器人** 提供了一种轻量级、实时性强的避障控制范式 - 通过数值示例验证了所提RPCS在障碍物密集环境中的**有效性(efficacy)** 与**优势(advantages)** - 方法易于与其他局部规划器或跟踪控制器结合,具有较好的**可扩展性(scalability)**