[發(fā)明專利]一種能耗約束下在具有凹凸地形中移動機(jī)器人避障方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010933602.8
• 申請日: 2020-09-08
• 公開（公告）號: CN112015183B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賈文友;江磊;劉莉;蔡誠;梁利東;賈昊瑞;莊晨;魏文濤;朱良恒
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽工程大學(xué)
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;G01C21/20
• 代理公司: 安徽匯樸律師事務(wù)所 34116
• 代理人: 朱克儉

1.一種能耗約束下在具有凹凸地形中移動機(jī)器人避障方法，包括電機(jī)功率運(yùn)行能耗，高度差造成的能耗，摩擦阻力造成的能耗，速度變化造成的能耗，轉(zhuǎn)彎造成的能耗，加載移動機(jī)器人工作地的地圖，定義移動機(jī)器人工作地的地圖中障礙，繪出地圖，遍歷出A*星算法總代價值最小點(diǎn)設(shè)為下一個點(diǎn)的子模塊，計算起點(diǎn)到當(dāng)前點(diǎn)的新實(shí)際代價值G’子模塊，終止條件判斷，其特征在于，構(gòu)建能耗實(shí)際代價值模型，基于A*星算法總代價值F＝G+H進(jìn)行每個移動方向進(jìn)行枚舉，能耗實(shí)際代價值為G，從當(dāng)前點(diǎn)到終點(diǎn)的預(yù)估代價值為H，獲得能耗約束下在具有凹凸地形中移動機(jī)器人避障作業(yè)路線和顯示總能耗；能耗實(shí)際代價值模型如下

G＝Ep+Ev+Ef+Ek1+Ek2

Ep＝p*(Scn/(vn-vc))，記Ep表示電機(jī)功率運(yùn)行能耗，p為電機(jī)功率,Scn為當(dāng)前點(diǎn)到下個點(diǎn)行走的距離，vn為更新相應(yīng)的下一個點(diǎn)速度，vc為當(dāng)前點(diǎn)速度；Ev＝m*g*Δh，記Ev表示高度差造成的能耗，Δh根據(jù)構(gòu)圖工作地的地圖構(gòu)圖情況分別取Hv、Hv1、Hv2，Hv為計算當(dāng)前點(diǎn)到下個點(diǎn)的高度差，Hv1為當(dāng)前點(diǎn)的高度和前點(diǎn)與下個點(diǎn)中間的高度之間高度差，Hv2為前點(diǎn)與下個點(diǎn)中間的高度和下個點(diǎn)的高度之間高度差，在構(gòu)圖工作地的地圖構(gòu)圖無分割線情況時取Δh＝Hv；在構(gòu)圖工作地的地圖構(gòu)圖有分割線情況時，分割線前半段取Δh＝Hv1，分割線后半段取Δh＝Hv2；Ef＝u*m*g*cos(slope)*Scn，記Ef表示摩擦阻力造成的能耗，slope為凹凸坡度角；u為地形中地面摩擦系數(shù)，m為移動機(jī)器人質(zhì)量，g為重力加速度；Ek1＝0.5*m*(vn²-vc²)，記Ek1表示速度變化造成的能耗；Ek2＝0.5*I*(wn²-wc²)，記Ek2表示轉(zhuǎn)彎造成的能耗，I為轉(zhuǎn)動慣量，wn為更新相應(yīng)的下一個點(diǎn)角速度，wc為當(dāng)前點(diǎn)角速度；能耗約束下在具有凹凸地形中移動機(jī)器人避障方法流程如下：

步驟1.1：初始化，加載移動機(jī)器人工作地的地圖；

步驟1.2：定義移動機(jī)器人工作地的地圖中障礙；

步驟1.3：基本參數(shù)地面摩擦系數(shù)、機(jī)器人電機(jī)功率、openlist開放表、closelist禁忌表設(shè)定，繪出地圖；

步驟1.4：Num為當(dāng)前搜索值，初始化無窮大inf，設(shè)置Num＝inf；

步驟1.5：遍歷A*星算法總代價值最小點(diǎn)設(shè)為下一個點(diǎn)的子模塊；

步驟1.6：標(biāo)記為已訪問，即openlist(Nextpoint(1),Nextpoint(2))＝1；

步驟1.7：能耗約束下在具有凹凸地形中移動機(jī)器人避障方法終止條件判斷，當(dāng)下一點(diǎn)坐標(biāo)(Nextpoint(1),Nextpoint(2))和終點(diǎn)坐標(biāo)(Spoint(1),Spoint(2))重合，即Nextpoint(1)＝＝Spoint(1)且Nextpoint(2)＝＝Spoint(2)，或者無法抵達(dá)終點(diǎn)，即Num＝inf，則能耗約束下在具有凹凸地形中移動機(jī)器人避障方法終止，繪出約束條件的移動路線，程序終止；否則繼續(xù)往下執(zhí)行；

步驟1.8：計算一個點(diǎn)移動的實(shí)際代價值，下一個點(diǎn)移動，對橫坐標(biāo)Nextpoint(1)有-1,0,1三種情況，對縱坐標(biāo)Nextpoint(2)有-1,0,1三種情況，橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)的變化構(gòu)成雙重循環(huán)，取i＝1至3，j＝1至3，在每個移動方向進(jìn)行枚舉，設(shè)過渡參數(shù)dk，其值等于對應(yīng)i和j下的起點(diǎn)到當(dāng)前點(diǎn)的實(shí)際代價值，記為dk＝G(Nextpoint(1)-2+i,Nextpoint(2)-2+j)；

步驟1.9：下一個點(diǎn)移動狀態(tài)判斷，如果下一個點(diǎn)移動是原來點(diǎn)，即i＝＝2且j＝＝2，或者下一個點(diǎn)移動是障礙點(diǎn)，即closelist(Nextpoint(1)-2+i,Nextpoint(2)-2+j)＝＝1，則不更新起點(diǎn)到當(dāng)前點(diǎn)的實(shí)際代價值，繼續(xù)下一個點(diǎn)移動的每個移動方向進(jìn)行枚舉，否則繼續(xù)往下執(zhí)行；

步驟1.10：計算起點(diǎn)到當(dāng)前點(diǎn)的新實(shí)際代價值G’子模塊；

步驟1.11：對比原來的實(shí)際代價值dk和起點(diǎn)到當(dāng)前點(diǎn)的新實(shí)際代價值G’，如果G’dk，則更新實(shí)際代價值dk，即實(shí)際代價值dk＝G’，更新A*星算法總代價值F，即F＝dk+H，其中從當(dāng)前點(diǎn)到終點(diǎn)的預(yù)估代價值為H，繼續(xù)往下執(zhí)行；否則繼續(xù)下一個點(diǎn)移動的每個移動方向進(jìn)行枚舉；

步驟1.12：更新前繼點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，即

parentx(Nextpoint(1)-2+i,Nextpoint(2)-2+j)＝Nextpoint(1)

parenty(Nextpoint(1)-2+i,Nextpoint(2)-2+j)＝Nextpoint(2)；

步驟1.13：判斷下一個點(diǎn)移動的每個移動方向進(jìn)行枚舉是否完成，枚舉完成結(jié)束條件是j3且i3，如果不滿足枚舉完成結(jié)束條件，則繼續(xù)下一個點(diǎn)移動的每個移動方向進(jìn)行枚舉，直至滿足枚舉完成結(jié)束條件，然后直接跳轉(zhuǎn)至步驟1.5，最后直至滿足能耗約束下在具有凹凸地形中移動機(jī)器人避障方法的終止條件判斷，繪出約束條件的移動全部路線，程序結(jié)束。