[發明專利]一種移動機器人混合路徑規劃方法

在審

• 申請號: 201910063846.2
• 申請日: 2019-01-23
• 公開（公告）號: CN109753072A
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 曹凱;陳陽泉;高佳佳;高嵩;陳超波;馬天力
• 申請（專利權）人: 西安工業大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司 61114
• 代理人: 黃秦芳

本發明涉及一種移動機器人混合路徑規劃方法，首先構建全局地圖，在全局地圖的基礎上以快速探索隨機樹算法和時間彈性帶算法相結合進行混合路徑規劃。本發明將全局路徑規劃和局部路徑規劃兩類方法混合，以達到在約束條件下的相互彌補，提高路徑規劃解決方案的質量和效率；本發明方法相比于單一規劃方法，可以快速規劃全局路徑，并實現動態規劃和避障功能，保證了移動機器人運動過程中的實時性和安全性。

技術領域

本發明屬于機器人的控制技術領域，特別涉及一種移動機器人混合路徑規劃方法。

背景技術

機器人技術發展水平是衡量一個國家綜合國力的一個重要因素。目前許多國家已將機器人技術列入本國高科技發展計劃，其發展也呈現出兩個突出特點：一方面，其應用領域不斷擴大，種類也日益繁多，正逐漸成為人類改造世界的有力工具；另一方面，隨著機器人相關技術的不斷發展，人工智能及仿生學等前沿學科的逐漸融入，機器人的交互性和安全性在穩步提高，與人類活動密切也變得日益密切。

如今，我們正處于機器人技術革命的浪潮。已經開發了各種機器人系統，它們在執行不同類型的任務方面表現出了有效性和高效性，包括智能家居環境、機場、購物中心、制造實驗室。將智能嵌入到移動機器人中以確保所考慮的任務得到(接近)最優地方案，并有效地完成任務。然而，目前仍然有大量的研究問題需要解決，例如路徑規劃問題，這是移動機器人可以在復雜環境中自主導航和探索之前，這是必須解決的最基本問題之一。

路徑規劃問題可以描述為：在靜態和動態障礙物環境、模型約束以及不確定性的情況下，移動機器人根據特定的性能標準搜索從初始狀態到目標狀態的最佳或次優路徑。路徑規劃問題中需要考慮三個主要問題：效率，準確性和安全性。任何機器人都應該在較短的時間內找到可行路徑，同時需要消耗最少的能量。除此之外，機器人應該還必須遵循滿足最優性能指標的移動準則，安全地避開環境中存在的障礙物。

移動機器人路徑規劃基本上依賴于現有的地圖作為識別初始和目標位置以及它們之間的聯系的參考，所以根據環境信息的已知程度可以將路徑規劃算法分為全局路徑規劃和局部路徑規劃。目前，無論是全局路徑規劃還是局部路徑規劃，在不同的應用場合都會存在或多或少的局限性，而且還沒有研究出通用的算法或方法可以解決所有的路徑規劃情況。

發明內容

本發明提供一種移動機器人混合路徑規劃方法，將全局和局部路徑規劃進行有機結合，解決現有技術中的問題。

為了達到本發明的目的，本發明提供的技術方案是：

一種移動機器人混合路徑規劃方法，首先構建全局地圖，在全局地圖的基礎上以快速探索隨機樹算法和時間彈性帶算法相結合進行混合路徑規劃。

進一步的，其具體規劃流程如下：

步驟1、構建全局地圖：建立移動機器人工作空間的環境模型，發布移動機器人的初始狀態和目標位姿；

步驟2、使用快速探索隨機樹算法規劃出一條全局靜態最優路徑；

步驟3、添加滿足運動學和動力學約束的時間信息，將移動機器人局部范圍內的初始路徑轉換成一條時間彈性帶；

步驟4、更新時間彈性帶算法的配置參數，關聯導航點或障礙物信息，以調整運動軌跡和規劃范圍；

步驟5、將時間彈性帶算法的優化函數映射生成超圖，使用通用圖優化框架中稀疏系統的大規模優化算法優化超圖，得到最優的系統輸入參數速度v和角速度w；

步驟6、獲取的速度命令發送給移動機器人，使機器人進行運動，重復步驟3到步驟6，直到移動機器人到達目標位姿。

進一步的，步驟1中，構建全局地圖的具體步驟如下：