Mobile Robot Path Planning with Obstacle Avoidance using Particle Swarm Optimization

This paper presents a constrained Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm for mobile robot path planning with obstacle avoidance. The optimization problem is analyzed in static and dynamic environments. A smooth path based on cubic splines is generated by the interpolation of optimization solution; the fitness function takes into consideration the path length and obstaclegenerated repulsive zones. World data transformation is introduced to reduce the optimization algorithm computational complexity. Different scenarios are used to test the algorithm in simulation and real-world experiments. In the latter case, a virtual robot following concept is exploited as part of the control strategy. The path generated by the algorithm is presented in results along with its execution by the mobile robot.

W artykule przedstawiono algorytm rojowy z ograniczeniami realizujący planowanie bezkolizyjnej ścieżki ruchu robota mobilnego. Problem optymalizacyjny został przeanalizowany dla środowiska statycznego i dynamicznego. Do stworzenia gładkiej ścieżki ruchu wykorzystano interpolację rozwiązania optymalizacji przy użyciu sześciennych funkcji sklejanych. Funkcja kosztu uwzględnia długość ścieżki ruchu oraz penalizację za naruszenie przestrzeni przeszkód. Wprowadzono transformację świata w celu redukcji złożoności obliczeniowej algorytmu optymalizacji. Przeprowadzono zróżnicowane scenariusze badawcze testujące algorytm w eksperymentach symulacyjnych i rzeczywistych. W przypadku tych ostatnich wykorzystano ideę podążania za wirtualnym robotem. Zaprezentowano wyniki obrazujące wygenerowaną ścieżkę ruchu oraz ocenę jej realizacji przez robota mobilnego.