[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

本發明公開了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，包括以下步驟：計算動態范圍閾值D_scale；判斷是否進入密集障礙物區域；當判斷為進入密集障礙物區域時，計算線速度v的動態權值γ_d；計算障礙物的間距Int_ij，并判斷能否穿越密集障礙物區域；當判斷為能夠穿過密集障礙物區域時，搜索備選速度空間，得到不發生碰撞時的允許速度(v，ω)；對目標函數的三個輸入heading、dist和vel分別做歸一化，將動態權值γ_d以及允許速度(v，ω)代入目標函數中，通過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；執行最優速度，判斷是否到達目標點，若判斷為到達則結束讓機器人停止移動，若否則回到第一步，重新開始后續步驟。

技術領域

本發明涉及一種局部動態環境避障法，具體涉及一種基于自適應 動態窗口的移動機器人局部動態路徑規劃方法。

背景技術

自主導航是移動機器人必備核心技術之一，在實際環境中，特別 是人機共存的復雜環境下，機器人可以獲取環境大致地圖信息，但由 于存在移動物體、人或者其他易變因素，因此，很難獲得環境的完整 信息。在局部地圖信息已知的情況下，局部動態路徑規劃方法是實現 智能機器人自主導航的首選方法。

最簡單的思路是沿著起始點與目標點的連線運動，遇到障礙物 時，沿著障礙物邊緣繞行，但導致路徑不圓滑，總長度增加。人工勢 場法易讓機器人陷入局部極值點，例如多個相近障礙物間可能無法找 到路徑，在狹隘的通道中會產生振蕩，生成的路徑明顯不合理。 Borenstein等人提出的基于向量場直方圖的VFH算法，此方法沒有 考慮機器人的尺寸、動力學和運動學等特性。Simmons等人提出了曲 率速度法(Curvature VelocityMethod-CVM)方法，將避障問題描述 為速度空間帶約束的優化問題，考慮了機器人的速度和加速度等物理 限制和障礙物的環境約束。在滿足所有約束情況下，建立了包含速度、 安全性和路徑三個因素的優化目標函數。

在CVM的基礎上，Fox等人提出了更完善的動態窗口法(DWA)， 充分考慮了機器人的物理限制、環境約束以及當前速度等因素。DWA 方法根據當前速度和加速度首先建立一個預選速度窗口，再通過目標 函數優化得到下一時刻的最優速度(包括速度和方向)。目標函數綜 合考慮了航向角、速率和障礙物距離三個因素，同時考慮了真實機器 人自身物理約束(最大線速度、最大角度)、環境約束，能夠直接獲 得機器人的期望線速度和角速度，得到的軌跡比較平滑，適合真實移 動機器人的運行，有效解決了圍繞障礙物繞行問題。但是，現有的 DWA方法依然存在以下問題：1、對于復雜環境，機器人得到的軌跡 不夠平滑，在障礙物較稠密區域，機器人可能不會從稠密區中選擇短 路徑通過，而是繞開稠密區域從而導致路徑過長；2、當DWA目標函 數中的速度權值較大時，通過兩個障礙物中間或者狹窄通道時，機器 人太靠近某一障礙物，如果是行人或者運動的物體，容易出現碰撞， 導致安全性和舒適性大幅降低；當速度權值較小時，路徑安全合理， 但導致整個行程速度明顯偏低，總體運行時間變長。

發明內容

本發明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種基于自 適應動態窗口的移動機器人局部動態路徑規劃方法。

本發明提供了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，并讓移動機器人按照該最優速度依次移動直到到達目標 點，具有這樣的特征，包括：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；