基于无线传感器网络的未知环境下移动机器人实时路径规划摘要：利用无线传感器网络技术、多传感器信息融合技术、基于占用网格的概率地图构建和基于群集智能的微粒群仿生学算法，采用三层控制结构的规划策略，提出了一种新的在未知环境下移动机器人在线实时路径规划方法。最后设计并构造出了实际的无线传感器网络，验证了算法的有效性、准确性和实时性。??关键词：无线传感器网络；实时路径规划；多传感器融合；微粒群算法；群集智能；概率地图构建??：TP24文献标志码：A：1001-3695(2008)07-2029-04??Real??timepathplanningbasedonwirelesssensornetwork??formobilerobotsunderunknownenvironmentXUEHan??1，TAOYi????1，2??，MAHong??xu??1??(1.CollegeofElectromechanicalEngineeringAutomation，NationalUniversityofDefenseTechnology，Changsha410073,China；2.WuhanOrdnanceN.C.O.AcademyofPLA,Wuhan430075,China)??Abstract:Utilizingtheadvantagesofwirelesssensornetwork,multi??sensorfusionforbuildingoccupancygridmapusingprobabilisticsensormodelandpswarmalgorithmusingbionicswarmintelligence,anon??linereal??timepathplanningalgorithmformobilenodesunderunknowndynamicenvironmentwasproposedthroughthreelevelplanningcontrolstrategy.Apracticalimplementationhadbeencarriedouttodemonstratetheenhancedefficiencyandaccuracyoftheproposedalgorithm.??Keywords:wirelesssensornetwork(WSN);real??timepathplanning;multi??sensorfusion;pswarmalgorithm;swarmintelligence;probabilisticmapbuilding?お?无线传感器网络技术是将现代无线通信技术、微型传感器技术和网络技术有机地融合为一体的新型网络技术，在国防、环境监督、家庭自动化、运输和其他许多领域具有广阔的应用前景和极高的应用价值[1]。??根据机器人对环境信息掌握的程度，移动机器人路径规划可分为以下几类:a)已知环境下对静态障碍物的路径规划;b)已知环境下对动态障碍物的路径规划;c)未知环境下对静态障碍物的路径规划;d)未知环境下对动态障碍物的路径规划。前两种是基于先验已知环境模型完全信息的离线一次性全局规划，找出从起始点到目标的符合一定性能的可行或最优路径，涉及世界模型的表达和搜寻策略；然而适应范围相对有限、实时性差，不能处理环境改变或动态障碍。后两种是基于未知或部分未知的环境，通过传感器实时探测障碍物的尺寸、形状和位置，经过多次局部规划来得到可行的安全路径；然而无法保证路径的最优，有时反应速度不快，易陷入环境死区，对规划系统品质的要求较高。??作为一种新兴的演化计算技术,群集智能成为近年来人工智能领域新的研究热点课题，吸引了大量国内外学者。群集智能与人工生命特别是进化策略和遗传算法有特殊联系,已完成的理论和应用研究证明，群集智能方法是一种能够有效解决大多数全局随机优化问题的新方法，已在许多领域得到应用并取得较好效果，对传统结构优化问题提供了复杂的分布式解决方案。本文利用群集智能算法的自治性和突变性描述了基于群集智能计算的微粒群算法，很好地解决了路径优化问题。本文针对上述全局规划和局部规划的缺陷，将两者有效结合，提出了一种基于WSN的在线实时路径规划新方法，不仅为移动机器人的运动规划提供了一种新的选择，而且极大地推动了WSN与移动机器人的协作。??1WSN与移动机器人??WSN是由布置在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者，如图1所示。??但WSN数据处理和执行力却非常有限[2]，一个显著制约是受到严格的能量限制。移动机器人能自动部署和校准传感器，对传感器的错误和不合理配置进行检测和处理，对硬件或环境条件的变化作出动态响应，使分布式的无线传感器网络系统能在更长的时间内良好地持续运作，维护系统整体健壮性。移动机器人作为灵活的行动执行者，能给传感器重新换电池或者使用电路连接来充电，极大增加了无线节点的适应性和机动性，能被允许自由配置到周...