[發明專利]一種靜態場景的機器人路徑規劃方法

有效

• 申請號: 202010137848.4
• 申請日: 2020-03-03
• 公開（公告）號: CN111426328B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 紀剛;楊豐拓;朱慧;蔣云飛;柴琦;安帥
• 申請（專利權）人: 青島聯合創智科技有限公司
• 主分類號: G01C21/34
• 分類號: G01C21/34
• 代理公司: 青島華慧澤專利代理事務所(普通合伙) 37247
• 代理人: 劉娜

本發明公開了一種靜態場景的機器人路徑規劃方法，包括如下步驟：獲取周圍靜態場景信息，生成柵格地圖；對柵格地圖上的柵格進行標記，包括障礙、無障礙、起點和終點，對標記為障礙的柵格作九宮格劃分，標記偽障礙或真障礙；在標記好的柵格地圖上執行改進后的A*算法；從終點開始讀取柵格的父柵格，直至讀取到起點，記錄讀取過程中經過的柵格，這些連接起點和終點的柵格即為機器人的路徑，通過計算路徑相鄰柵格的方向向量夾角來計算機器人在運動過程中的偏移角度。本發明所公開的方法可以在提高路徑規劃精度的情況下使用較低的存儲資源，路徑規劃速度快，準確率高。

技術領域

本發明涉及機器人路徑規劃方法，特別涉及一種靜態場景的機器人路徑規劃方法。

背景技術

路徑規劃是機器人自主無碰行動的核心內容之一，路徑規劃常常由地圖和在地圖上執行的搜索算法組成。

柵格地圖是目前廣泛應用的路徑規劃地圖之一。柵格地圖把移動機器人的運動環境分解為多個簡單的柵格，并根據它們是否被障礙物占據來進行狀態描述。障礙物柵格和非障礙物柵格具有不同的標識，可用顏色填充柵格來直觀地表示柵格的標示狀態。細致的柵格劃分能有效提高路徑規劃的精度，但必然會導致花費較多的資源來存儲地圖，粗糙的柵格劃分能有效降低資源的損耗，但存在將可通過區域視為障礙的情況。為此，需要對柵格地圖的劃分進行改進，在提高路徑規劃精度的情況下使用較低的存儲資源。

為了能夠在地圖上快速地找到一條從起點出發到達終點的最優或最短路徑，研究者們提出了諸如Dijkstra算法，蟻群算法和A*算法等經典算法。其中，A*算法屬于啟發式搜索算法，相比于Dijkstra算法添加了啟發函數，在路徑搜索過程引入了終點信息加以引導。現有的A*算法不能直接應用于改進后的柵格地圖，因此，需要對A*算法進行適應性改進，以便于在改進后的柵格地圖上進行路徑規劃。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種靜態場景的機器人路徑規劃方法，用粗細混合劃分的方法，將柵格地圖內的柵格劃分為無障礙柵格，真障礙柵格和偽障礙柵格，并且應用改進后的A*算法在柵格地圖上進行路徑規劃，以達到在提高路徑規劃精度的情況下使用較低的存儲資源的目的。

為達到上述目的，本發明的技術方案如下：

一種靜態場景的機器人路徑規劃方法，包括如下步驟：

步驟一：機器人上搭載的傳感器獲取周圍靜態場景信息，生成柵格地圖；

步驟二，對柵格地圖上的柵格進行標記，包括障礙、無障礙、起點和終點，對標記為障礙的柵格作九宮格劃分，若劃分后的九宮格中僅單行或單列存在障礙，則將該柵格標記為偽障礙，反之標記為真障礙；

步驟三，在標記好的柵格地圖上執行改進后的A*算法，將起點添加到open表中，執行循環操作，計算柵格的父柵格和損失，不斷更新和維護open表和close表，直到open表為空或者終點出現在open表中；

當open表為空，且未遍歷到終點，則表示無路徑，終點為死點，結束；當終點出現在open表中，此時路徑已經找到，跳出循環，執行下一步；

步驟四，從終點開始讀取柵格的父柵格，直至讀取到起點，記錄讀取過程中經過的柵格，這些連接起點和終點的柵格即為機器人的路徑，通過計算路徑相鄰柵格的方向向量夾角來計算機器人在運動過程中的偏移角度。

上述方案中，所述柵格地圖的基本柵格單元為正方形，正方形柵格為可使機器人自轉一圈的最小正方形；對于每個柵格定義三種坐標，分別為：

描述機器人在柵格地圖中位置的主坐標：(x,y)；

描述機器人中心在柵格內部位置的副坐標：(i,j)；

描述機器人中心在柵格地圖中的實際位置的中心坐標：(3×x+i,3×y+j)。

上述方案中，所述步驟三具體如下：