[發明專利]基于環境特征和隨機方法的柔性針路徑規劃方法

在審

• 申請號: 201710020900.6
• 申請日: 2017-01-11
• 公開（公告）號: CN106650298A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 李鵬;陳嶸;李霞;鄒葉;黃勇
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 夏艷

1.一種基于環境特征和隨機方法的柔性針路徑規劃方法，其特征在于，包括根據評估函數Evaluation_Function()選擇最優的規劃路徑；

其中，路徑評估函數Evaluation_Function()的表達式為：

F＝w₁F_L+w₂F_S+w₃F_N (1)

其中，F_L是路徑長度評估函數，F_L＝L/L_avg，L是路徑的長度，L_avg是生成的所有樣本路徑的長度L的平均值；F_S是安全評估函數，F_S＝S/S_avg，S是障礙物距每段弧的距離小于一個預設長度D₁的數目，S_avg是規劃的樣本路徑的S的平均值；F_N是弧段數評估函數，F_N＝N/N_avg，N是路徑的弧段數，N_avg是規劃的樣本路徑的N的平均值，w₁，w₂和w₃表示各子函數對應的權重系數；所述權重系數根據醫生的臨床經驗進行設定。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述權重系數根據醫生的臨床經驗進行設定包括：醫生根據自身的臨床經驗判斷F_L、F_N、F_S這三個評估函數在實際情況中哪個更為重要，根據重要程度將對應的權重系數調高，將相對不重要的評估函數對應的權重系數調低。

3.一種基于環境特征和隨機方法的柔性針路徑規劃方法，其特征在于，包括根據考慮障礙物風險分級的路徑評估函數ObsGrade_Function()選擇最優的規劃路徑；

其中，ObsGrade_Function()的表達式為：

F′＝w₁F_L+w₂f/f_avg+w₃F_N(2)

其中，F_L是路徑長度評估函數，F_L＝L/L_avg，L是路徑的長度，L_avg是生成的所有樣本路徑的長度L的平均值；F_N是弧段數評估函數，F_N＝N/N_avg，N是路徑的弧段數，N_avg是規劃的樣本路徑的N的平均值，f是風險分級評估函數，f_avg是規劃的樣本路徑的f的平均值，f表達式為：

其中，i(i＝1，2...n)表示各障礙物的風險等級，G_i表示相對應的風險等級障礙物距每段弧的距離小于一個預設長度D₂的數目；a_i表示對應的風險等級系數，風險級別越高，相對應的a_i值越大；

w₁，w₂和w₃表示各子函數對應的權重系數；所述權重系數根據醫生的臨床經驗進行設定。

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述權重系數根據醫生的臨床經驗進行設定包括：醫生根據自身的臨床經驗判斷F_L、F_N、f這三個評估函數在實際情況中哪個更為重要，根據重要程度將對應的權重系數調高，將相對不重要的評估函數對應的權重系數調低。

5.根據權利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，所述路徑的計算方法包括以下步驟：

步驟1：建立一棵樹T，起始點x_init為其根節點；

步驟2：在無障礙物空間X_free中隨機選取某個狀態點x_rand；

步驟3：基于點x_rand執行Extend()對樹進行擴展，得到一個新的節點x_new；

步驟4：將此新節點添加到樹中，重復以上步驟，直到找到目標點為止；

步驟5：重復步驟1-4，規劃出多條樣本路徑；

其中，Extend()的具體步驟為：

(1)在樹上找到離x_rand最近的點x_near；

(2)選擇一個控制輸入量U，將其作用在x_rand得到新的點x_new；

(3)根據x_rand、x_near、x_new這三個參數確定一段新的圓弧，即Arc_new；

(4)檢測弧Arc_new看其是否在無障礙空間X_free中，并且檢測弧Arc_new的半徑r_new是否大于r_min；

(5)判斷搜索是否成功，如果||x_new-x_goal||＜ε，ε是一個事先設定好的非常小的常數，表示搜索成功，算法停止。