仪器仪表学报

作者：孙剑萍，Jun Chen，周继强，杨斌，汤兆平

单位：孙剑萍,华东交通大学综合立体交通信息感知与融合江西省重点实验室南昌330013,,Jun Chen,School of Engineering and Materials Science, Queen Mary University of London, London E1 4NS,,周继强,江西洪都航空工业股份有限公司南昌330029,zjq3921@163.com,杨斌,九江学院机械与智能制造学院九江332005,,汤兆平,华东交通大学综合立体交通信息感知与融合江西省重点实验室南昌330013,

关键词：移动机器人;轨迹规划;非概率可靠性;时间风险;能量风险

基金：国家自然科学基金项目（52262049）、江西省自然科学基金重点项目（20242BAB26083）资助

针对不确定条件下的移动机器人路径的时间-能量-光顺优化问题以及轨迹运动控制挑战，基于Delaunay三角剖分构建地图环境及可选路径，提出了自由空间的判断准则，构建了无碰撞模型，给出了初始路径经由删除锐角顶点、路径替换、去除冗余点等进行再优化及三次NURBS曲线拟合的方法。引入非概率可靠性对路径状态进行评估，给出最优可靠度路径及其权值的概念及表示方法，设计涵盖路径任务时间风险及能量风险指标的代价函数，同时将移动机器人对轨迹曲率峰值与曲率变化率限制以及安全距离等约束纳入模型，进行最优平滑路径规划结合“Bang-Bang-Singular”跃度策略的五段式S型加减速运动控制。实验发现，相对于二次B样条路径规划联合“Bang-Bang-Singular”加速度策略运动控制的方法，所提方法的路径时间风险指标减小了1.907%、能量风险指标降低了40.57%，运动更加平稳、安全、高效；相对于VGSP算法轨迹规划，所提方法的路径时间风险指标虽略有上升，但能量风险指标降低了86.46%，且更好地保障了机器人通行安全。现场测试也进一步证实了所提方法可有效处理强约束环境下的移动机器人最优轨迹规划，保证轨迹曲线光顺及运动时系统的动力学及柔性性能，实现几何与运动的统一规划及任务时间-能量非概率可靠性最优。

来源：2025年第12期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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