[發明專利]一種基于廣義波前算法的移動機器人實時避障方法

有效

• 申請號: 201610162783.2
• 申請日: 2016-03-21
• 公開（公告）號: CN105652874B
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（設計）人: 杜煜;張永華;宋曉帥;李強
• 申請（專利權）人: 北京聯合大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

一種基于廣義波前算法的動機器人實時避障方法，該方法包括下述步驟：對整個柵格圖進行代價值更新；在代價值更新后的柵格圖上設定多個目標點；獲取機器人所在位置到所有目標點的原始避障路徑；對所有原始避障路徑進行二次路徑優化，并輸出所有優化后的避障路徑以及避障路徑的最小曲率半徑；對所有優化后的避障路徑求避障路徑總代價值的總和，并輸出總和最小的避障路徑，則該避障路徑就是算法輸出的最優避障路徑；由尋線算法來解釋最優避障路徑，并輸出機器人的橫向控制量；由速度判斷算法來解釋最優避障路徑的最小曲率半徑，并輸出移動機器人的縱向控制量。本發明能夠滿足移動機器人的運動學模型，從而能直接用來作為移動機器人的橫向控制量。

技術領域

本發明公開了一種基于廣義波前算法的自適應多目標移動機器人避障方法，屬于人工智能領域。

背景技術

避障方法對于移動機器人來說是一項關鍵技術，每一個移動機器人都有自己一套獨特的避障策略。目前最常見的是用于局部路徑規劃的VFH系列避障算法和用于局部路徑規劃的A*系列避障算法。VFH系列避障算法根據正前方障礙物的密度來給出橫向控制量，因此避障路徑十分的靈活。但是這種特性既是它的優點同時也是它的缺點。因為這種避障路徑的隨意性，會造成移動機器人行駛缺乏目的性，不利于避障結束后恢復沿著預定軌跡正常行駛。A*系列避障算法，會在移動機器人的前方設定唯一的目標點，然后規劃出唯一的避障路徑。這種方法由于目標點的唯一性，會造成生成的避障路徑十分的死板，避障路徑缺乏必要的靈活性。除此之外，A*系列避障算法，產生的避障路徑一般為折線避障路徑，不能直接用來作為移動機器人的橫向控制量。

本發明采用全新的避障算法，既能夠兼顧上述兩種算法的優點，又能夠很好的克服它們自身的缺點。本算法是在廣義波前算法的基礎之上，通過結合多目標點技術和避障路徑二次優化技術，使算法生成的避障路徑，能夠同時兼顧目的性和靈活性，并且滿足移動機器人的運動學模型，從而能夠直接用來作為移動機器人的橫向控制量。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于廣義波前算法的多目標點、平滑路徑的移動機器人路徑避障算法。

本發明的目的是通過以下的技術方案實現的：

S1由廣義波前算法以移動機器人所在的柵格為中心柵格，對整個柵格圖進行更新。

本方法的非線性膨脹函數用于對雷達檢測到的車輛周圍的障礙物進行膨脹。柵格圖采用多層次柵格圖，每層柵格分別表示事物的一種屬性。算法以移動機器人所在的柵格為起始柵格，采用迭代方式對柵格圖中每個柵格的代價值進行更新，并且更新柵格代價值的過程中不設定目標點。

S2在更新后的柵格圖上設定多個目標點。

本算法中在已經更新過代價值的柵格圖上，設定以先驗軌跡點為中心點的多個目標點，并且設定的目標點距離車的縱向距離的大小能夠根據環境的變化自動調整。

S3獲取移動機器人所在位置到所有目標點的原始避障路徑。

S4對所有原始避障路徑進行二次路徑優化，并輸出所有優化后的避障路徑以及避障路徑的最小曲率半徑。

二次路徑優化算法中，生成的優化路徑共有左并線避障路徑、右并線避障路徑、左轉彎避障路徑、右轉彎避障路徑、原始波前避障路徑五種避障路徑。并線避障路徑采用的是余弦軌跡避障路徑。轉彎避障路徑采用的是1/4圓弧軌跡避障路徑。

S5對所有優化后的避障路徑，求其所包含的所有柵格的總代價值的總和，并輸出總和最小的避障路徑，則該避障路徑就是算法輸出的最終的最優避障路徑。

S6由尋線算法來解釋最優避障路徑，并輸出移動機器人的橫向控制量。

S7由速度判斷算法來解釋最優避障路徑的最小曲率半徑，并輸出機器人的縱向控制量。

附圖說明