[發明專利]一種基于改進人工勢場法的路徑規劃方法、裝置及設備

有效

• 申請號: 202010690134.6
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN111897328B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 徐勁力;許建寧;黃豐云;江仕球;李征瑞;曹其;江昱;陳俊松
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 武漢智嘉聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 42231
• 代理人: 易賢衛

1.一種基于改進人工勢場法的路徑規劃方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、對移動機器人的運動環境進行建模，在建立的模型中設置好移動機器人的起點、目標點、障礙物位置以及障礙物的影響距離后，初始化所述移動機器人的步長；

S2、通過改進人工勢場法計算出所述移動機器人在當前節點所受的引力、斥力以及合力；

S3、根據所述移動機器人在當前節點所受的合力方向確認出所述移動機器人的當前運動方向；

S4、判斷所述移動機器人的當前節點是否陷入局部最優解節點處，如果不是，則執行步驟S5，否則采用變步長的模擬退火算法跳出所述局部最優解節點處，并在跳出后執行步驟S2；

S5、根據所述移動機器人的步長以及當前運動方向，得出所述移動機器人的下一節點，并判斷所述下一節點是否為目標點，如果不是，則執行步驟S2，如果是，則根據獲得的移動機器人從起點到目標點之間的各個節點的坐標，規劃出所述移動機器人的行走路徑；

所述步驟S5后還包括：

S6、對規劃處的所述移動機器人的行走路徑進行平滑處理，以得到平滑的行走路徑；

所述步驟S6具體包括：

S61、獲取移動機器人從起點到目標點的無碰撞路徑點序列，并記為Q_j(x_j，y_j)，其中j為路徑點的總數，并初始化空數組LQ；

S62、設障礙物點為C_i，i∈[0，N]，其中N為障物的數目，路徑起點A為Q_m，其中m＝1，選取路徑起點的后兩個點B為Q_n，其中n＝m+2，計算點C_i到直線AB的距離，若大于給定距離參數，則令n＝n+1，否則判斷C_iA與C_iB的夾角，若為銳角，則令n＝n+1，否則，將Q_m放入數組LQ中，并令m＝m+1；

S63、判斷m是否等于j，如果不是則重復步驟S62，直至m＝j后，獲得折線路徑；

S64、將獲得的折線路徑的拐角左右兩條折線上取得的中點以及靠近拐點的四等分點，通過四次貝塞爾樣條插值進行平滑處理；

S65、輸出路徑節點信息，以得到平滑的行走路徑；

所述步驟S64中，進行平滑處理時采用的曲線方程式為：

式中：P(i)為控制點，其中，i＝0，1，2...n，N_i，p(t)為p次B樣條基函數；

所述步驟S4中，采用變步長的模擬退火算法跳出所述局部最優解節點處的步驟包括：

S41、初始化模擬退火算法中的初始工作溫度T以及退火速率α；

S42、在預設范圍內給所述移動機器人一隨機角度和隨機步長，判斷所述移動機器人以所述隨機角度和隨機步長運動后是否與障礙物碰撞，如果是，則使所述移動機器人以新的隨機角度和隨機步長運動，直至所述移動機器人不與障礙物發生碰撞；

S43、當所述移動機器人不與障礙物發生碰撞時，計算所述移動機器人運動后的隨機節點的合勢能U_rand以及前一個節點的合勢能U_bef，并根據隨機節點的合勢能U_rand以及前一個節點的合勢能U_bef計算出勢能變化量ΔU＝U_rand-U_bef；

S44、根據所述勢能變化量，利用模擬退火算法準則判斷是否可以接收當前隨機解，如果能ΔU＜0，則接受當前隨機解，如果不能則產生一個隨機數r，若exp(-ΔU/T)＞r，則接受當前隨機解，否則重新產生一隨機數直至可接收當前隨機解為止；

S45、當可以接收當前隨機解時，按照退火策略T＝αT更新參數，判斷是否跳出局部最優解節點處，如果已逃逸，則退出模擬退火算法，如果沒有，則重復步驟S42至S44，直至跳出局部最優解節點處。