[發明專利]一種基于結構化數據的路徑規劃方法

有效

• 申請號: 202010607328.5
• 申請日: 2020-06-29
• 公開（公告）號: CN111895999B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 黃小春;李瑞峰;霍光磊;常騏川
• 申請（專利權）人: 福建（泉州）哈工大工程技術研究院
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/34
• 代理公司: 泉州市立航專利代理事務所(普通合伙) 35236
• 代理人: 姚婉莉

本發明涉及機器人導航路徑規劃方法領域，具體是公開一種基于結構化數據的路徑規劃方法，方法過程如下，(1)、全局路徑規劃首先根據結構化數據進行路網構建；讀取結構化路網數據進行解析，構建出在路網數據結構中的車道線和路沿；(2)、候選軌跡生成，(3)、候選軌跡評價，(4)、候選軌跡防抖濾波。上述路徑規劃方法通過結構化路網數據方式，定義了車道線、路沿等環境元素，通過在點云地圖的坐標系上繪制各地圖元素，構建機器人的可通行與不可通行區域，該方法結構輕量簡單、占用資源小、響應迅速，對給定目標點的運動任務能夠根據路網數據實現室外機器人在大范圍場景下的路徑規劃，有效解決了室外大范圍場景下路徑規劃的性能瓶頸問題。

技術領域

本發明涉及機器人導航路徑規劃方法領域。

背景技術

路徑規劃是機器人導航的基本組成部分，是解決機器人如何找到從當前位置到達目標位置的最短運動路徑，并使機器人在運動過程中能無碰撞地繞過障礙物的方法。路徑規劃根據環境信息的掌握情況和響應時效的不同，主要可劃分為全局路徑規劃與局部路徑規劃，全局路徑規劃基于已知的靜態環境信息構建從起始位置到目標位置的最短路徑，具有全局最優的特點；局部路徑規劃基于規劃出的全局路徑，生成實時響應動態環境的局部候選軌跡，并根據評價系統選擇最優軌跡。前者是一種事前規劃，系統的實時計算能力要求較低，雖然規劃結果是全局，但是對動態環境及噪聲的魯棒性較差，后者對環境信息完全未知或部分已知，著重應對當前的局部環境，使機器人具有良好的繞障能力。

在移動機器人的路徑規劃算法中，應用較為廣泛的如基于柵格的A*算法，它是一種靜態路網中求解最短路徑的啟發式算法，可用于全局與局部路徑規劃，其代價函數表示為：f(n)＝g(n)+h(n)。

其中：f(n)表示為從初始位置經過位置n到達目標位置的估計代價，g(n)表示為從初始位置到位置n的實際代價，h(n)表示為從位置n到目標位置的估計代價；

主要工作流程如下：

a)把起點加入“開放列表”；

b)遍歷“開放列表”，依次取得f(n)最小的節點，作為當前處理的節點NodeP；

c)把當前節點NodeP放入“封閉列表”；

d)遍歷當前節點周圍的8個相鄰節點NodeX，如果處于“封閉列表”或不可通行區域，則忽略；

e)NodeX如果不在“開放列表”，則加入“開放列表”，并把當前節點NodeP作為NodeX的父節點，記錄NodeX的F、H、G代價。

f)如果NodeX已經存在于“開放列表”，則檢查該路徑是否更好(G代價更小)，如果是，則把NodeP作為NodeX的父節點，更新它的G和F代價；

g)直到目標點加入“開放列表”，路徑已經找到，此時沿著父節點回溯至初始位置，即為路徑(如果“開放列表”為空，則無可達路徑)；

A*算法通過比較當前路徑的8個鄰近節點的啟發式函數值F來逐步確定下一個路徑節點，當存在多個最小值時A*算法不能保證搜索的路徑最優。對于室外場景，范圍往往較大，如果通過選擇大于實際距離的h(n)，來減少搜索點數，提高效率，則會導致無法得到最優解。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于結構化數據的路徑規劃方法，該方法結構輕量簡單、占用資源小、響應迅速，對給定目標點的運動任務能夠根據路網數據實現室外機器人在大范圍場景下的路徑規劃，有效解決了室外大范圍場景下路徑規劃的性能瓶頸問題。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：一種基于結構化數據的路徑規劃方法，方法過程如下