機(jī)器人避障技術(shù)的分類

　　目前移動(dòng)機(jī)器人的避障根據(jù)環(huán)境信息的掌握程度可以分為障礙物信息已知、障礙物信息部分未知或完全未知兩種。傳統(tǒng)的導(dǎo)航避障方法如可視圖法、柵格法、自由空間法等算法對(duì)障礙物信息己知時(shí)的避障問(wèn)題處理尚可，但當(dāng)障礙信息未知或者障礙是可移動(dòng)的時(shí)候，傳統(tǒng)的導(dǎo)航方法一般不能很好的解決避障問(wèn)題或者根本不能避障。而實(shí)際生活中，絕大多數(shù)的情況下，機(jī)器人所處的環(huán)境都是動(dòng)態(tài)的、可變的、未知的，為了解決上述問(wèn)題，人們引入了計(jì)算機(jī)和人工智能等領(lǐng)域的一些算法。同時(shí)得益于處理器計(jì)算能力的提高及傳感器技術(shù)的發(fā)展，在移動(dòng)機(jī)器人的平臺(tái)上進(jìn)行一些復(fù)雜算法的運(yùn)算也變得輕松，由此產(chǎn)生了一系列智能避障方法，比較熱門的有：遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、模糊算法等，下面分別加以介紹。

　　1基于遺傳算法的機(jī)器人避障算法：

　　遺傳算法（genetic algorithm ，簡(jiǎn)稱GA ）是計(jì)算數(shù)學(xué)中用于解決最佳化的搜索算法，是進(jìn)化算法的一種。進(jìn)化算法是借鑒了進(jìn)化生物學(xué)中的遺傳、突變、自然選擇以及雜交等現(xiàn)象而發(fā)展起來(lái)的。遺傳算法采用從自然進(jìn)化中抽象出來(lái)的幾個(gè)算子對(duì)參數(shù)編碼的字符串進(jìn)行遺傳操作，包括復(fù)制或選擇算子（Reproduction or Select）、交叉算子（Crossover）、變異算子（Mutation）。

　　遺傳算法的主要優(yōu)點(diǎn)是：采用群體方式對(duì)目標(biāo)函數(shù)空間進(jìn)行多線索的并行搜索，不會(huì)陷入局部極小點(diǎn)；只需要可行解目標(biāo)函數(shù)的值，而不需要其他信息，對(duì)目標(biāo)函數(shù)的連續(xù)性、可微性沒(méi)有要求，使用方便；解的選擇和產(chǎn)生用概率方式，因此具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力和魯棒性。

　　2基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的機(jī)器人避障方法：

　　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（neural network，縮寫NN），是一種模仿生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和功能的數(shù)學(xué)模型或計(jì)算模型。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由大量的人工神經(jīng)元聯(lián)結(jié)進(jìn)行計(jì)算。大多數(shù)情況下人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能在外界信息的基礎(chǔ)上改變內(nèi)部結(jié)構(gòu)，是一種自適應(yīng)系統(tǒng)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通常通過(guò)一個(gè)基于數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)類型的學(xué)習(xí)方法優(yōu)化，是一種非線性統(tǒng)計(jì)性數(shù)據(jù)建模工具，可以對(duì)輸入和輸出間復(fù)雜的關(guān)系進(jìn)行建模。

　　傳統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)路徑規(guī)劃方法往往是建立一個(gè)關(guān)于機(jī)器人從初始位置到目標(biāo)位置行走路徑的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，模型輸入是傳感器信息和機(jī)器人前一位置或者前一位置的運(yùn)動(dòng)方向，通過(guò)對(duì)模型訓(xùn)練輸出機(jī)器人下一位置或者下一位置的運(yùn)動(dòng)方向。可以建立基于動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器人避障算法，動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)機(jī)器人環(huán)境狀態(tài)的復(fù)雜程度自動(dòng)地調(diào)整其結(jié)構(gòu)，實(shí)時(shí)地實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的狀態(tài)與其避障動(dòng)作之間的映射關(guān)系，能有效地減輕機(jī)器人的運(yùn)算壓力。還有研究通過(guò)使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)避障的同時(shí)與混合智能系統(tǒng)（HIS）相連接，可以使移動(dòng)機(jī)器人的認(rèn)知決策避障能力和人相近。

　　3基于模糊控制的機(jī)器人避障算法

　　模糊控制（fuzzy control）是一類應(yīng)用模糊集合理論的控制方法，它沒(méi)有像經(jīng)典控制理論那樣把實(shí)際情況加以簡(jiǎn)化從而建立起數(shù)學(xué)模型，而是通過(guò)人的經(jīng)驗(yàn)和決策進(jìn)行相應(yīng)的模糊邏輯推理，并且用具有模糊性的語(yǔ)言來(lái)描述整個(gè)時(shí)變的控制過(guò)程。對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人避障用經(jīng)典控制理論建立起的數(shù)學(xué)模型將會(huì)非常粗糙，而模糊控制則把經(jīng)典控制中被簡(jiǎn)化的部分也綜合起來(lái)加以考慮。

　　對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人避障的模糊控制而言，其關(guān)鍵問(wèn)題就是要建立合適的模糊控制器，模糊控制器主要完成障礙物距離值的模糊化、避障模糊關(guān)系的運(yùn)算、模糊決策以及避障決策結(jié)果的非模糊化處理（精確化）等重要過(guò)程，以此來(lái)智能地控制移動(dòng)機(jī)器人的避障行為。利用模糊控制理論還可將專家知識(shí)或操作人員經(jīng)驗(yàn)形成的語(yǔ)言規(guī)則直接轉(zhuǎn)化為自動(dòng)控制策略。通常使用模糊規(guī)則查詢表，用語(yǔ)言知識(shí)模型來(lái)設(shè)計(jì)和修正控制算法。

　　除此之外還有啟發(fā)式搜索算法、基于行為的路徑規(guī)劃算法、基于再激勵(lì)學(xué)習(xí)的路徑規(guī)劃算法等避障算法，也都在移動(dòng)機(jī)器人的避障研究中取得了很好的成果。

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、人工智能的發(fā)展，移動(dòng)機(jī)器的避障及自主導(dǎo)航技術(shù)已經(jīng)取得了豐碩的研究成果，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷地?cái)U(kuò)大，應(yīng)用復(fù)雜程度也越來(lái)越高。移動(dòng)機(jī)器人的自主尋路要求已經(jīng)從之前簡(jiǎn)單的功能實(shí)現(xiàn)提升到可靠性、通用性、高效率上來(lái)，因此對(duì)其相關(guān)技術(shù)提出了更高的要求。然而至今沒(méi)有任何一種方法能夠在任意環(huán)境使機(jī)器人進(jìn)行有效地避障，如何克服相關(guān)算法的局限性是今后工作的研究方向之一。可以看出不管是傳統(tǒng)算法還是新興的智能算法都有其適用與不適用的環(huán)境，通過(guò)傳統(tǒng)算法與智能算法及智能算法之間的相互融合，克服單個(gè)算法的缺陷，增強(qiáng)整體的適用性，現(xiàn)在已經(jīng)有很多這方面的研究，以后仍將是研究熱點(diǎn)之一。