复杂地形下的避障路径设计指南

📚 共计 30 章节

地形感知基础

理解复杂地形的分类（山地、丘陵、沼泽、城市废墟）及其对移动机器人运动学的影响。

运动学分类

传感器选型与融合

激光雷达、深度相机、IMU、GPS在复杂地形下的优缺点及数据融合策略。

多传感器融合

环境建模方法

从栅格地图到高程图，再到3D体素地图的构建原理与适用场景。

全局路径规划A*算法

在非平坦地形下的代价函数设计，包括坡度、粗糙度、能耗因子。

全局路径规划Dijkstra算法

与A*的对比，以及在动态障碍物环境下的局限性。

Dijkstra动态障碍

全局路径规划RRT算法

快速随机搜索树在复杂地形中的改进策略，如RRT*和Informed RRT*。

RRT*随机搜索

局部路径规划DWA算法

动态窗口法在斜坡和湿滑路面上的速度采样空间调整。

DWA速度采样

局部路径规划TEB算法

定时弹性带算法在狭窄通道和连续弯道中的优化。

局部路径规划MPC算法

模型预测控制在崎岖地形下的约束处理与实时性平衡。

路径平滑技术

贝塞尔曲线、B样条曲线、五次多项式在路径后处理中的应用。

避障策略：势场法

势场法在复杂地形下的局部极小值问题及解决方案。

势场极小值

避障策略：VFH+算法

在密集障碍物环境中的方向选择与速度控制。

VFH+方向选择

基于学习的端到端避障

从模仿学习到强化学习的演进。

模仿学习强化学习

地形可通过性分析

基于几何、物理、语义信息的通过性评估模型。

通过性语义

轮式与履带式机器人

不同底盘在松软地面、岩石地带的路径规划差异。

底盘松软地面

四足与双足机器人

步态规划与路径规划的耦合，如MIT Cheetah的避障逻辑。

空中机器人避障

无人机在复杂地形（峡谷、森林）中的3D路径规划。

水下机器人避障

声纳数据特性、水流影响下的路径重规划。

多机器人协同避障

编队保持与冲突消解，如蚁群算法在协同探索中的应用。

动态障碍物预测

基于卡尔曼滤波和LSTM的障碍物轨迹预测。

语义SLAM与避障

如何利用语义标签（如“泥潭”、“陡坡”）优化路径选择。

语义SLAM标签

仿真环境搭建

Gazebo、Unity ML-Agents、CARLA在复杂地形测试中的配置。

硬件在环测试

从仿真到实车的避障算法迁移问题与调试技巧。

实时性优化

算法在嵌入式平台（Jetson、STM32）上的部署与加速。

故障安全模式

传感器失效、通信中断时的应急避障策略。

故障安全应急

伦理与安全

避障决策中的伦理困境，如“电车难题”在自动驾驶中的变体。

伦理电车难题

行业案例：矿山无人卡车

矿山无人卡车的避障路径设计。

矿山无人卡车

行业案例：农业机器人

农业机器人在不规则田埂中的导航。

行业案例：救援机器人

救援机器人在地震废墟中的路径搜索。

未来趋势：NeRF隐式地形

基于神经辐射场（NeRF）的隐式地形表示与路径规划。

NeRF隐式表示