[發明專利]基于參數化Thiele連分式插值的路徑規劃方法及系統

在審

• 申請號: 202010936239.5
• 申請日: 2020-09-08
• 公開（公告）號: CN112099498A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 鄒樂;吳志澤;張琛;王曉峰;丁澤盛;檀明
• 申請（專利權）人: 合肥學院
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 合肥維可專利代理事務所(普通合伙) 34135
• 代理人: 吳明華

本發明公開了一種基于參數化Thiele連分式插值的路徑規劃方法及系統，包括：獲取包括機器人路徑起點和終點所在區域的柵格地圖；獲取所述柵格地圖上預設靜態障礙物所占柵格位置；以路徑起點開始逐步進行路徑搜索，獲取避障的初步規劃路徑中的節點；基于二元參數化Thiele連分式插值法在初步規劃的路徑中的相鄰兩節點之間插值，獲取平滑的曲線路徑。本發明基于初步路徑規劃和精準路徑規劃結合獲取平滑的適合機器人的運動路徑，其中精準路徑規劃采用基于二元含單參數Thiele連分式插值獲取，通過調節其中的可變參數不斷優化插值曲線獲取最優曲線路徑，使得規劃路徑更為平滑且路徑最短。

技術領域

本發明涉及路徑規劃技術領域，具體涉及基于參數化Thiele連分式插值的路徑規劃方法及系統。

背景技術

隨著高新技術的不斷出現，人類對自然界的探索范圍也在不斷的擴展，人們設計發明了各式各樣的不同功能的機器人。目前在航空航天、軍事偵查、安全醫療和家庭服務等領域中得到了廣泛的應用。近年來，在二維平面上的移動機器人的路徑規劃技術研究已經取得了豐碩的成果，并得到了廣泛的應用。而移動機器人執行任務時的工作環境常常與我們日常生活的空間一樣，都是三維立體的空間。現有的二維平面機器人路徑規劃技術在許多方面不能滿足現有三維機器人路徑規劃的要求，因此，有效可靠的三維空間路徑規劃技術成為了機器人研究領域的一個新方向。目前，已經有一些具有三維空間移動能力的移動機器人在軍事等領域得到了廣泛的應用，比如各類空中和水下機器人(無人機、自主水下機器人、爬壁機器人等)。

通常機器人在空間作業時，在已知自身位置和目標位置的情況下，對于機器人路徑規劃問題需要考慮的問題包括：避開障礙物、算法易陷入局部最優解問題、規劃的路徑不夠平滑，導致路徑規劃不準確以及機器人行走消耗時間長。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題，本發明提供了一種基于參數化Thiele連分式插值的路徑規劃方法及系統，應用于機器人路徑規劃，避免了算法收斂陷入局部最優解的問題，且能夠使得規劃路徑曲線更為光滑，機器人在該規劃路徑上行走消耗更小。

其中，本發明的基于參數化Thiele連分式插值的路徑規劃方法，包括如下步驟：

(11)獲取包括機器人路徑起點和終點所在區域的三維柵格地圖；

(12)獲取所述柵格地圖上預設靜態障礙物所占柵格位置；

(13)以路徑起點開始逐步進行路徑搜索，獲取避障的初步規劃路徑中的節點；

(14)基于二元參數化Thiele連分式插值法在初步規劃的路徑中的相鄰兩節點之間插值，獲取平滑的曲線路徑。

作為上述方案的進一步優化，所述步驟(14)采用二元含單參數Thiele連分式插值。

作為上述方案的進一步優化，所述二元含單參數Thiele連分式插值為：

其中，

對j＝0,1,...,n；p＝1,2,...,m；i＝p,p+1,...,m，

a_k,0,a_k,1,...,a_k,l,a_k,l+1,a_k,l+2,...,a_k,n為該式中引進參數λ后經過計算的數值。

對p＝0,1,...,k-1,k+1,...,m；q＝1,2,...,n；j＝q,q+1,...,n，

作為上述方案的進一步優化，所述步驟(14)之后還包括：