智能轮椅路径规划的优化研究

李冬梅

摘 要：智能轮椅的不断发展为我国的老年人与残障人士提供了福利，轮椅之所以称之为智能，因为其不需要传统轮椅的人力推动，能够借助电力系统进行轮椅活动，且能够根据一定的技术对路径进行规划。现阶段的路径规划依然是智能轮椅中的重要问题，为提高老年人与残障人士对智能轮椅的使用感，研究人员要对智能轮椅的路径规划方案进行改造。文章就智能轮椅路径规划问题进行了相关的论述，以为行业研究者提供参考。

关键词：智能轮椅;路径规划;路径优化

智能轮椅的出现是基于需求而产生的，当下社会老龄化问题严重，智能轮椅是提高老人生活质量的主要手段，同样对于残障人士来讲，智能轮椅能够帮助其进行一定范围的自由活动。路径规划是智能轮椅的一项重要工作，路径规划能够使轮椅在具有障碍物的环境中顺利的规避障碍物，进而寻找无碰撞路径。随着科学技术的不断进步，为保障使用者的使用安全性，智能轮椅的路径规划也在不断的进行优化。

一、智能轮椅路径规划问题

路径规划问题的出现是伴随智能轮椅的出现为产生的，伴随智能轮椅的不断完善，路径规划问题成为国民关注智能轮椅的重点。伴随当下科学技术的不断发展，智能化技术水平在逐渐提高，在硬件设备水平显著提高后，轮椅的路径规划问题得到了空前的重视。智能轮椅作为科学技术的产物，其构成是由多个硬件系统组成的，当下智能轮椅市场较为火爆，因此各种质量及品牌的智能轮椅层出不穷，也就在一定程度上导致了轮椅安全性事故的发生。

路径规划是对轮椅行进路线安全性的保障，与传统轮椅相比，传统轮椅主要是通过人为的方向掌控进行的障碍物规避，而智能轮椅较大的实现了轮椅的运动自主性，以此提高了使用的生活质量。但智能轮椅不能够根据人为意识进行路线的规划，需要根据智能轮椅内部的路线规划系统完成对障碍物的规避。在进行相关的路径规划之后，智能轮椅会按照制定的路径进行运动，进而保障智能轮椅运动的安全性。

专业的智能轮椅在造价方便较为昂贵，其结构设计与设备构成具有一定的科学性，因此在智能轮椅的路径规划方面。在对智能轮椅路径规划的过程当中，技术人员能够根据受众的使用反馈对路径问题进行及时的处理，另外就路径问题丽江，一般智能轮椅会采用超声传感器对路径问题进行规划。超声传感器能够发出超声波对障碍物进行有效的识别，以帮助患者正确的使用智能轮椅。智能轮椅作为老年人与残障人士的主要出行及运动方式，对其来讲具有重要的作用。当下智能化轮椅往往为一体化智能设备，在后期对路径问题进行二次优化基本上是不能实现的，基于此相关的技术人员要加大对路径规划的优化。

二、RRT路径规划算法

RRT算法是路径规划常用的算法，这一算法的原理是快速探索随机树，能够通过随机树的对空间内的障碍物进行有效的计算，在多维及高维空间的使用中较多。RRT算法随着科学技术的不断进步也在进行不断的创新，改进后的这一算法更加有利于路径的规划使用。改进后的RRT算法不在进行单一的随机搜索计算，而是在基于地图的基础上对一定区域内的空间进行搜索计算，地图的有效的融合减少了计算的盲目性，加强了路径规划的准确性。在對智能轮椅进行路径规划的优化过程中，蜜糖扩散思想被应用到地图数据的处理中，蜜糖扩散法能够结合快速拓展随机树算法进行更加精确性的路径规划，合理的考量路径范围内的危险性因素，进而进行随机措施的规划，保障轮椅前进路线的稳定性，避免轮椅的不良事件。

蜜糖扩散法。蜜糖扩散法是一种模仿气味传播的思想方法，指从源头不断向四周辐射的算法。假设有一种气味很重的食物被储存在一个特定的地方，食物的气味像一束光一样散开，距离越远，味道越淡，同样距离的食物浓度几乎是一样的。

滚动窗口算法。滚动窗口的基本思想是根据智能轮椅实时检测到的局部信息，通过滚动进行在线规划。在轧制的每一步中，根据检测到的局部信息，采用启发式方法生成优化子目标，在当前轧制窗口中进行局部路径规划，实现当前策略。随着滚动窗口的推进，不断获得新的环境信息，实现滚动优化与反馈的结合。

三、仿真实验研究

此次的仿真研究以智能轮椅为实验平台，在VC++中进行相关仿真实验，以研究智能轮椅路径规划的相关事宜。

在使用RRT算法的过程当中，由于RRT算法经过相关的改良，因此要对RRT算法进行两次不同的实验。在RRT算法实验后可知，在含有障碍物的相同环境中，两种RRT算法会规划出两种不同的路径，对两种规划路径相比，改进后的RRT算法能够有效的规划出最佳路线，且路线属于空间范围内的最短路线，具有较高的使用价值。

构建RRT算法基于障碍物环境，规划了包含多个障碍物的智能轮椅的路径。在仿真实验中，在所有的搜索空间中建立搜索树，并将搜索树中的直接连接部分作为最终的规划路径。从操作和实验结果可以看出，RRT搜索树作为一种随机均匀分布的算法，可以应用到已经掌握的地图环境中，进行路径规划。如果是在未知的环境中，这种智能轮椅路径规划方法就无法得到有效的应用。因此，为了起到一定的证明作用，可以基于RRT路径规划算法搜索未知状态空间的生成。在已知障碍物环境下，利用RRT算法规划路径，将搜索树的连通部分作为最终的路径规划图。

将改进的RRT算法应用于未知环境下的路径规划。由于前向模式是滚动检测规划，可以用于未知环境下移动机器人的路径规划过程。此时，利用蜂蜜扩散法获得灵感，清除滚动窗口中的随机数。这种规划方法可以有效地减少节点的数量，提高搜索效率和质量，缩短寻找满足性能要求的最短路径所需的时间。

四、结语

智能轮椅在当下的社会中使用范围较广，伴随当下科学技术的不断发展，近年来智能轮椅路径规划问题也在不断优化。智能轮椅路径规划的优化能够保障智能轮椅行进路线的安全性，有效的规避空间范围内的障碍物，实现轮椅的智能化。通过对RRT算法的仿真计算可知，改进后的RRT算法能够在空间范围内找寻最优路线，实现轮椅的实施路径规划。

参考文献：

[1]光晓亮，杨丽圆.智能体路径规划算法研究综述[J].科技资讯，2019（13）.

[2]蒲兴成，张军，张毅.基于神经网络的改进行为协调控制及其在智能轮椅路径规划中的应用[J].智能系统学报，2011（05）.

项目：内蒙古工业大学科学研究项目（ZY201819）