[發(fā)明專利]一種機(jī)器人路徑規(guī)劃方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210260884.5
• 申請日: 2012-07-25
• 公開（公告）號: CN103576680A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭建盛;李興;羅觀;劉云焰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國原子能科學(xué)研究院
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種機(jī)器人規(guī)劃路徑的方法及裝置。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)化的發(fā)展，機(jī)器人不在局限于制造業(yè)領(lǐng)域，在服務(wù)業(yè)、農(nóng)業(yè)也有所應(yīng)用。路經(jīng)規(guī)劃是移動機(jī)器人系統(tǒng)的一個重要內(nèi)容，并直接影響到機(jī)器人完成任務(wù)的質(zhì)量。人工魚群算法由李曉磊等人于2002年基于魚群行為而提出的新型群體智能優(yōu)化算法，本發(fā)明通過改進(jìn)人工魚群算法的覓食行為，改進(jìn)后的算法在收斂速度和搜索結(jié)果的滿意解域精確度上都得到明顯提高。目前機(jī)器人路徑規(guī)劃分為兩種：基于傳感器信息的局部路徑規(guī)劃和基于環(huán)境信息完全已知的全局路徑規(guī)劃。本發(fā)明涉及的機(jī)器人路徑規(guī)劃是基于環(huán)境信息完全已知的全局路徑規(guī)劃，傳統(tǒng)全局路徑規(guī)劃方法主要有：柵格法、可視圖法、拓?fù)浞ā⒆杂煽臻g法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。機(jī)器人路徑規(guī)劃的基本步驟是：1）建立環(huán)境模型，即建立基于現(xiàn)實環(huán)境的相關(guān)抽象模型。2）搜索無碰撞路徑，利用搜索算法搜索符合條件的最短路徑。自由空間法具有建模簡單，易于實現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。目前基于自由空間法的機(jī)器人路徑規(guī)劃方法有很多種，例如基于自由空間法的Dijkstra算法路徑優(yōu)化方法。Dijkstra算法優(yōu)化的路徑只是局部最短路徑，并非是全局最短路徑。現(xiàn)有搜索算法有收斂過快，無法搜索到全局最有值，或由于搜索效率低，收斂速度慢。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，基于改進(jìn)人工魚群算法搜索效率高，收斂速度快的特點(diǎn)，提出了基于改進(jìn)覓食行為的人工魚群算法搜索全局最短路徑方法，搜索效率高的機(jī)器人路徑規(guī)劃方法及裝置。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種機(jī)器人路徑規(guī)劃方法，它包括如下步驟：

（1）機(jī)器人路徑規(guī)劃基于環(huán)境信息完全已知的全局路徑規(guī)劃；在機(jī)器人路徑中把機(jī)器人簡化成一個點(diǎn)，并在二維空間內(nèi)運(yùn)動，機(jī)器人通過雙目視覺傳感器和測距傳感器感知自身當(dāng)前的位姿和障礙物的位置；

（2）將雙目視覺傳感器和測距傳感器采集的環(huán)境信息中的障礙物處理成凸多邊形；

（3）構(gòu)建基于自由空間法的機(jī)器人移動鏈接圖模型；

設(shè)機(jī)器人的起始位置用start表示，終點(diǎn)位置用goal表示；用黑色多邊形代替障礙物,以多邊形頂點(diǎn)為端點(diǎn)的連線表示鏈接線，機(jī)器人自由移動路線由鏈接線中點(diǎn)的連線構(gòu)成，連接各鏈接線中點(diǎn)組成機(jī)器人自由移動網(wǎng)絡(luò)；

（4）通過Dijkstra算法求出機(jī)器人自由移動網(wǎng)絡(luò)最短路徑；

設(shè)鏈接線的中點(diǎn)i表示該鏈接線的路徑點(diǎn)i，則取鏈接線上的路徑點(diǎn)標(biāo)識序列數(shù)作為路徑編碼，如果起始點(diǎn)或終點(diǎn)不在鏈接線上，則連接該點(diǎn)（始點(diǎn)或終點(diǎn)）與最近鏈接線中點(diǎn)連線構(gòu)成加入起始點(diǎn)或終點(diǎn)的新機(jī)器人自由移動網(wǎng)絡(luò)；設(shè)路徑點(diǎn)i與路徑j(luò)的權(quán)值為W_ij,則對應(yīng)權(quán)值的表達(dá)式為：

Wij=Wij,i≠j0,i=j;---1)]]>

其中V_ij代表路徑點(diǎn)i、j在自由移動網(wǎng)絡(luò)中的對應(yīng)線段，如果在自由移動網(wǎng)絡(luò)中不存在對于線段，則V_ij=∞；通過用Dijkstra算法搜尋起點(diǎn)到終點(diǎn)的最優(yōu)有效權(quán)值組合，獲得最短機(jī)器人移動路徑；

（5）建立機(jī)器人路徑編碼數(shù)學(xué)模型；

設(shè)路徑編碼P_i（i＝1，2，...，n）表示路徑點(diǎn)i所在自由鏈接線上任意一點(diǎn)，則P_i的編碼模型如下所示：