[發明專利]一種基于改進RRT算法的地下無人鏟運機路徑規劃方法

在審

• 申請號: 201810204256.2
• 申請日: 2018-03-13
• 公開（公告）號: CN108195383A
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）人: 孫欽鵬;李猛;王燦;王天和;劉斌;王廣
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 濟南譽豐專利代理事務所(普通合伙企業) 37240
• 代理人: 高強

本發明涉及路徑規劃領域，尤其涉及一種基于改進RRT算法的地下無人鏟運機路徑規劃方法。雖然基于RRT算法的路徑規劃方法可以用于解決路徑規劃問題，但當自由配置空間中為狹窄通道時，鏟運機需要穿越狹窄通道才能到達終點時，往往需要更稠密的采樣才能發現狹窄通道的連通性，影響算法的求解效率和成功率。本發明對RRT算法進行改進,更加適應于狹窄通道下的路徑規劃,明顯提高地下無人鏟運機工作的效率,具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及路徑規劃領域，尤其涉及一種基于改進RRT算法的地下無人鏟運機路徑規劃方法。

背景技術

隨著采礦地下深度的增加，采礦的環境也更加惡劣，嚴重制約了采礦工作的進行，進而嚴重阻礙了我國經濟的發展。無人化采礦是采礦業發展的趨勢，通常是運用地下無人鏟運機進行無人化采礦，路徑規劃是地下無人鏟運車自主控制的重要環節。

RRT算法是當前常用的一種路徑規劃算法，多用于地面機器人的路徑規劃。但是無人鏟運機的工作環境是地下狹窄通道，傳統的RRT算法需要進行復雜的計算才能規劃出一條可行的路徑，且成功率較低，無法實現在狹窄空間高效快速地規劃出一條路徑。

發明內容

本發明為了克服傳統RRT算法的不足，使RRT算法更好的運用于地下無人鏟運機在狹窄地下通道內的路徑規劃，提供了一種改進的RRT算法。

本發明提出了新的臨時目標點的選取規則，并結合了動態調整步長的擴展規則。改進的RRT算法保證能夠在空白區域選取一個臨時目標點，并將目標點作為臨時目標點。以步長d朝向進行擴展，當以步長d朝向擴展失敗時，調整步長為0.618*d再次朝向擴展，若再次擴展失敗再考慮朝向空白區域的臨時目標點進行擴展。

本發明改進的RRT算法與雙向RRT算法相結合，并對最終規劃出的路徑進行圓滑處理。此改進的算法使隨機樹優先朝向目標點進行擴展，從而縮短了航跡規劃的路程；計算臨時目標點與所有節點的距離，選取最近節點作為，這一過程浪費了大量時間，嚴重限制了路徑規劃的效率，而本發明改進的算法，當朝向目標點難以擴展時，可直接朝向另一個方向的臨時目標點擴展，無需重新選取和，從而節省了算法的時間，也提高了路徑規劃的成功率。

附圖說明：

圖1 為鏟運機轉彎角度示意圖;

圖2 為本發明基于改進RRT算法的路徑規劃方法的流程圖；

圖3 為本發明基于改進RRT算法的路徑規劃方法的規劃效果示意圖。

具體實施方式：

下面結合附圖,對本發明進行詳細的描述。

第一步:

確定地下無人鏟運機的行進環境，在二值障礙區域內進行路徑規劃，對行進環境進行建模,假設任務空間為C，表示可行區域， 表示障礙區域，和同為C的子集，且滿足：

初始位置和目標位置，規劃出的路徑不得與觸碰到障礙物，這也是路徑規劃中的最重要的約束條件。

第二步:

確定鏟運機的最小轉彎半徑。地下無人鏟運機在轉向過程中只能靠輪胎的滾動實現，而不能發生輪胎的側向滑動。對鏟運機的進行運動建模，具體可如圖1所示，鏟運機車身的前半部分的中心線與后半部分的中心線夾角為，將設定為最小轉彎角度，即鏟運機轉彎時的角度不得小于，這將作為路徑規劃的一個約束條件。設，和是一條航跡中三個緊鄰的航跡節點, 則能被擴展的約束條件是：

。

第三步：