[發明專利]基于自適應動態窗口的移動機器人局部動態路徑規劃方法

有效

• 申請號: 201711119755.3
• 申請日: 2017-11-14
• 公開（公告）號: CN107703948B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 王永雄;田永永;李梁華;魏國亮
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉

1.一種基于自適應動態窗口的移動機器人局部動態路徑規劃方法，依次根據移動機器人上設置的傳感器獲得的當前時刻t障礙物與所述移動機器人之間的距離D及方位θ計算得到下一時刻t+1的最優速度，并讓所述移動機器人按照該最優速度依次移動直到到達目標點，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，根據下式(1)計算動態范圍閾值D_scale，

式(1)中，v_max為移動機器人的最高線速度，為移動機器人的線加速度，l為預設的第一參數；

步驟2，根據當前的全部障礙物的所述距離D和所述方位θ判斷是否進入密集障礙物區域；

步驟3，當判斷為進入所述密集障礙物區域時，根據所述全部障礙物的所述距離D計算獲得所述機器人與局部區域內所有障礙物的實際最短距離值D_min，并根據下式(2)計算線速度v的動態權值γ_d，

式(2)中，D_min為移動機器人離最近障礙物的距離，b為預設的指數，k為預設的第二參數，權值γ_d范圍為[γ_min，γ_max]，其中γ_max為最短時間通過障礙物密集區域的對應值，γ_min為通過狹窄通道且最安全的對應值；

步驟4，根據下式(3)計算所述障礙物的間距Int_ij，并判斷能否穿越密集障礙物區域，

式(3)中，D_i為第i個障礙物與所述移動機器人的距離，D_j為第j個障礙物與所述移動機器人的距離，θ_i為第i個障礙物與所述移動機器人之間的方位角，θ_j為第j個障礙物與所述移動機器人之間的方位角，當Int_ij的值大于D_scale時則判斷為能穿過，當Int_ij的值小于D_scale時則判斷為不能穿過；

步驟5，當判斷為能夠穿過所述密集障礙物區域時，搜索備選速度空間，得到不發生碰撞時的允許速度(v，ω)；

步驟6，對目標函數的三個輸入heading(v，w)、dist(v，w)和vel(v，w)分別做歸一化，將所述線速度v的所述動態權值γ_d以及所述允許速度(v，ω)代入下式(4)所示的目標函數中，通過所述目標函數得到最優速度組合(v_t+1，ω_t+1)作為t+1時刻機器人運行的速度，

G(v，ω)＝α·heading(v，ω)+β·dist(v，ω)+γ_d·vel(v，ω) (4)

式(4)中，heading(v，w)＝π-θ，是用來衡量移動機器人對目標的方向性，θ表示機器人航向與目標線之間的夾角，所述目標線為機器人位置同目標點連線，當移動機器人運動方向完全指向目標點時即θ＝0時，它的值最大；dist(v，w)表示預軌跡中距離障礙物的最小距離；vel(v，w)表示圓弧軌跡中t+1時刻的線速度，α和β為權值參數；

步驟7，執行所述步驟6中得到的所述最優速度，然后根據所述傳感器得到的當前的障礙物與所述移動機器人之間的距離D及方位θ判斷是否到達所述目標點，若判斷為到達則結束讓所述機器人停止移動，否則回到所述步驟1，重新開始所述步驟2至所述步驟7，

其中，v為線速度，w為角速度，v_t+1為t+1時刻的線速度，w_t+1為t+1時刻的角速度。

2.根據權利要求1所述的基于自適應動態窗口的移動機器人局部動態路徑規劃方法，其特征在于：

其中，所述步驟2包括如下子步驟：

在t時刻，選取所述移動機器人運行方向的具有一定角度的扇形區域，作為局部密集障礙物的計算依據，設所述扇形區域的障礙物個數為M、第i個障礙物與所述移動機器人的距離為D_i和方位角為θ_i，

當M大于所述閾值D_scale時，判斷所述移動機器人進入障礙密集區。