[發明專利]基于障礙物虛擬膨脹的伴隨機器人路徑規劃方法及系統

在審

• 申請號: 201810826714.6
• 申請日: 2018-07-25
• 公開（公告）號: CN108775902A
• 公開（公告）日: 2018-11-09
• 發明（設計）人: 張慧;榮學文;李貽斌;李彬;劉斌
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G05D1/02;G05D1/12
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 黃海麗

1.基于障礙物虛擬膨脹的伴隨機器人路徑規劃方法，其特征是，包括：

構建環境地圖：根據實際場景構建二維占據柵格地圖，將每一個柵格標記為障礙區域或可行區域；

伴隨機器人以及可移動目標點的初始化：在柵格地圖中設定伴隨機器人和可移動目標點的初始坐標位置；為機器人建立滑動窗口；

對障礙區域進行膨脹處理：按照機器人中心與機體邊緣的最短距離對障礙物所處的柵格進行初始膨脹，障礙物與初始膨脹后的柵格共同構成最小不可通過區域；依據機器人實際運行時所需的安全距離，在最小不可通行區域基礎上確定出外擴的柵格層數，將外擴后區域內的柵格作為障礙物虛擬膨脹柵格，標記障礙物虛擬膨脹柵格受障礙物影響的的危險等級；

伴隨機器人的路徑規劃。

2.如權利要求1所述的基于障礙物虛擬膨脹的伴隨機器人路徑規劃方法，其特征是，伴隨機器人的路徑規劃的具體步驟為：

步驟(1)：伴隨機器人將可移動目標點的當前位置在滑動窗口中的投影點作為新目標點，基于柵格的通行代價值，伴隨機器人按照A*算法進行路徑搜索得到伴隨機器人與新目標點之間的最優路徑；伴隨機器人根據最優路徑進行行走；滑動窗口以伴隨機器人為基準，隨著伴隨機器人的移動而移動；

步驟(2)：按照設定時間間隔，對滑動窗口內的柵格地圖進行更新，對可移動目標點的當前位置在滑動窗口中的投影點進行更新，將最優路徑在滑動窗口內進行平移；

步驟(3)：伴隨機器人判斷更新后的滑動窗口內的柵格地圖是否存在最小不可通過區域阻斷路徑；如果存在，就返回步驟(1)；如果不存在，就進入步驟(4)；

步驟(4)：基于柵格的通行代價值，按照增量規劃路徑方式，對伴隨機器人平移后在滑動窗口內剩余路徑點中通行代價值最小的點與更新的投影點之間的路徑進行重新規劃，找到新的最優路徑，將新的最優路徑與伴隨機器人當前路徑進行連接形成新的推薦路徑；伴隨機器人按照新的推薦路徑進行行走；返回步驟(2)。

3.如權利要求1所述的基于障礙物虛擬膨脹的伴隨機器人路徑規劃方法，其特征是，

所述滑動窗口的構建過程，包括：

在柵格地圖中以伴隨機器人當前位置為原點建立二維坐標平面；在二維坐標平面中選擇2N*2N的柵格區域為滑動窗口；所述滑動窗口在二維坐標平面第一象限的柵格區域為N*2N；所述滑動窗口在二維坐標平面第二象限的柵格區域為N*2N；所述滑動窗口的底邊經過原點；N表示柵格個數。

4.如權利要求2所述的基于障礙物虛擬膨脹的伴隨機器人路徑規劃方法，其特征是，

柵格的通行代價值的具體計算公式為：

式中，g(s)表示從起點到柵格s的通行代價值，g(s-1)表示從起點到柵格s-1的通行代價值，c(s-1,s)表示柵格s-1到柵格s的通行代價值，d(s)表示虛擬膨脹柵格s受障礙物影響的危險等級，d(s-1)表示虛擬膨脹柵格s-1受障礙物影響的危險等級，α表示路徑遠離障礙物一個柵格條件下所需的額外代價；路徑遠離障礙物一個柵格條件下所需的額外代價大于相鄰柵格距離值的最小增量與柵格邊長之和。

5.如權利要求2所述的基于障礙物虛擬膨脹的伴隨機器人路徑規劃方法，其特征是，

所述步驟(1)伴隨機器人將可移動目標點的當前位置在滑動窗口中的投影點作為新目標點，基于柵格的通行代價值，伴隨機器人按照A*算法進行路徑搜索得到伴隨機器人與新目標點之間的最優路徑的具體步驟為：

當可移動目標點在滑動窗口內，以伴隨機器人當前位置為起點，以可移動目標點當前位置為終點，依據柵格的通行代價值，采用A*算法進行計算，得到最優路徑；

當可移動目標點在滑動窗口外，且伴隨機器人與可移動目標點的連線與滑動窗口的交點處沒有障礙物時；以伴隨機器人當前位置為起點，以可移動目標點在滑動窗口中的投影坐標為終點，依據柵格的通行代價值，采用A*算法進行計算，得到最優路徑；

當可移動目標點在滑動窗口外，且伴隨機器人與可移動目標點的連線與滑動窗口的交點處有障礙物時；

以該交點為中心分別向滑動窗兩側進行尋找直到找到非障礙點；將找到的非障礙點為終點；以伴隨機器人當前位置為起點，依據柵格的通行代價值，采用A*算法進行計算，得到最優路徑。