[發明專利]基于航向角勢場的機器人路徑規劃方法

在審

• 申請號: 201611227463.7
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN108255164A
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發明（設計）人: 鐘鴻飛;覃爭鳴;楊旭
• 申請（專利權）人: 廣州映博智能科技有限公司
• 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

本發明提出一種基于航向角勢場的機器人路徑規劃方法，主要步驟包括：S1，建立算法相應的勢場模型；S2，根據勢場模型及所處位置的航向角計算機器人受力；S3，根據計算結果驅動機器人運動；S4，判斷機器人是否到達目的地；S5，根據機器人當前位置及航向角重新計算機器人受力。本發明方案使用機器人所處位置的航向角輔助計算機器人受力，通過將障礙物在機器人坐標系下的偏角引入障礙物影響距離，隨著偏角的增大，障礙物影響距離在逐漸減小，側后方的障礙物對機器人的斥力影響越來越小，從而導向機器人運動軌跡更加平滑。

技術領域

本發明涉及機器人導航領域，具體涉及一種基于航向角勢場的機器人路徑規劃方法。

背景技術

在過去的幾十年里，機器人技術得到了迅速的發展，不僅提高了生產效率，還能夠代替人類完成危險性大、重復率高的工作和任務，在工業生產領域中取得了越來越輝煌的成果。然而，隨著電子信息、人工智能等相關技術的飛速發展，機器人技術逐漸向其它領域滲透，這就促使人們對機器人的要求也隨之提升。

路徑規劃技術是服務機器人中的關鍵技術之一，服務機器人進行路徑規劃的目的就是為了在對機器人進行了定位的基礎上，通過相應的算法，并遵照一定的準則引導機器人避開行駛路徑中可能遇到的障礙物，順利到達目標點位置，最終完成指定任務。路徑規劃是服務機器人自主導航的重要環節，研究高效率，適應性強，安全性高的路徑規劃算法是確保機器人完成安全高效導航任務的關鍵。

常用的方法是人工勢場法，即通過在機器人運行空間中創建一種虛擬勢場，通過機器人在勢場中所產生的勢能求負梯度得到的力驅使機器人運動。該方法的具體實現過程為，在機器人的工作空間中創建一個虛擬勢場，則機器人在該勢場中的勢能由引力勢能和斥力勢能兩部分組成，其中引力勢能由目標提供，斥力勢能由障礙物提供。之后分別對兩部分勢能求負梯度得到引力與斥力，引力指向目標方向，斥力指向遠離障礙物方向。最終機器人所受到的抽象力為這兩部分力的矢量和，機器人將沿著合力方向運動，在斥力作用下繞開障礙物，在引力作用下向目標點運動。參見圖1，在勢場中機器人的受力分析。

人工勢場法存在不足，當機器人與目標之間出現多個障礙物時，與機器人距離相同但處于機器人不同方位的障礙物對機器人產生的斥力勢場是相同的，斥力大小相同，導致機器人避障軌跡并非最優。然而現實中不同障礙物對機器人的影響往往是不同的。通常情況下，機器人應該首先考慮躲避正前方的障礙物，然后考慮側方障礙物，后方障礙物對機器人的影響應是最小的。

發明內容

本發明目的在于克服現有技術的不足，尤其解決現有基于人工勢場法的機器人路徑規劃方法中，與機器人距離相同但處于機器人不同方位的障礙物對機器人產生的斥力勢場是相同的，斥力大小相同，導致機器人避障軌跡并非最優的問題。

為解決上述技術問題，本發明提出一種基于航向角勢場的機器人路徑規劃方法，主要步驟包括：

S1，建立算法相應的勢場模型；

S2，根據勢場模型及所處位置的航向角計算機器人受力；

S3，根據計算結果驅動機器人運動；

S4，判斷機器人是否到達目的地，如沒有到達則進入步驟S5，否則結束；

S5，根據機器人當前位置及航向角重新計算機器人受力，返回步驟S3。

本發明與現有技術相比具有以下的有益效果：

本發明方案使用機器人所處位置的航向角輔助計算機器人受力，通過將障礙物在機器人坐標系下的偏角引入障礙物影響距離，隨著偏角的增大，障礙物影響距離在逐漸減小，側后方的障礙物對機器人的斥力影響越來越小，從而導向機器人運動軌跡更加平滑。

附圖說明

圖1為基于人工勢場的機器人路徑規劃方法的示意圖。