[發明專利]一種基于改進A-star算法的機器人路徑規劃方法

有效

• 申請號: 202011273299.X
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112327856B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 何光層;陳宇民;常景;葉志祥;楊俊峰;桑文君;劉崇基;周寒英;董治洲
• 申請（專利權）人: 云南電網有限責任公司保山供電局
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;G01C21/34
• 代理公司: 昆明正原專利商標代理有限公司 53100
• 代理人: 金耀生;亢能

本發明涉及一種基于改進A?star算法的機器人路徑規劃方法，包括如下步驟：確定機器人初始點、目標點以及障礙物位置；計算距離代價值；位置更新；搜索初始路徑；初始路徑的平滑處理；路徑規劃。本發明利用歐幾里得距離規劃最小成本路徑，并考慮到靠近火災故障點可能對消防機器人造成損害，對擴展點進行有向選擇，逐級擴展確定可行路徑；在最小距離成本評價指標的基礎上使用插值法對路徑進行優化，減少消防機器人轉彎移動成本。本發明能夠提高消防機器人在行進過程中的安全性，降低路徑規劃時間并使路徑更平滑，適用于火情復雜的環境。

技術領域

本發明屬于機器人自主導航領域，特別是一種基于改進A-star算法的移動機器人路徑規劃方法。

背景技術

自主導航的好壞是移動機器人的核心指標，而路徑規劃作為自主導航的關鍵技術之一受到廣泛研究。針對火災壞境，規劃一條從初始點到目標故障點的最優路徑，是消防機器人路徑規劃的主要內容。在構建環境模型中，柵格法具有直觀簡潔、容易創建和存儲等優點，適用于室內環境路徑規劃地圖模型的建立。A-star算法是一種啟發式搜索算法，該搜索方法能節省大量搜索空間，提高搜索效率，在一般路徑規劃中非常流行。但傳統A-star算法未能兼顧靠近火災故障點可能對消防機器人造成的損害，不利于消防機器人在實際火情現場的行進。

發明內容

本發明旨在解決以上現有技術的問題，提出了一種在保證路徑長度接近最短的同時，降低消防機器人受火災故障點損害的一種改進A-star算法的移動消防機器人路徑規劃方法。改進后算法規劃的路徑更加平滑，機器人行進效率更高。本發明的技術方案具體如下：

一種基于改進A-star算法的機器人路徑規劃方法，包括以下步驟：

步驟(1)確定機器人初始點、目標點以及障礙物位置

根據消防機器人所在環境進行柵格地圖建模，確定機器人初始點、目標點以及障礙物位置；

步驟(2)計算距離代價值

根據步驟(1)中機器人初始點，對機器人進行八向搜尋，計算八個擴展點到目標點的距離代價值；

步驟(3)位置更新

根據步驟(2)中的距離代價值的基礎上，比較障礙物的相對位置，對靠近障礙物的擴展點方向進行剔除，選擇距離代價值最小的方向，更新當前位置；步驟(4)搜索初始路徑

根據步驟(3)中所述的擴展方向，利用A-star算法在柵格地圖中搜索出一條隔離障礙選向之后的初始路徑；

步驟(5)初始路徑的平滑處理

對步驟(4)的初始路徑，采用三次樣條插值進行平滑處理；

步驟(6)路徑規劃

判斷環境是否改變，對步驟(5)平滑處理后的始路徑進行更新，得到最終規劃完成的路徑。

進一步地，步驟(1)中，首先初始化算法，建立OPEN表和CLOSE表，根據機器人所在環境建立柵格化地圖模型，具體步驟為：

1.1、將地圖分割為由若干個大小相同的正方形組成的有界區域，每一個網格稱為一個單元，每個單元位置坐標為(xp，yq)，其中p，q為地圖橫、縱向柵格序數；

1.2、用一條直線在固定方向掃描柵格地圖；

1.3、當掃描線掃入時，確認機器人初始位置坐標、目標位置坐標以及障礙物位置坐標；

1.4、初始節點放入OPEN列表中并使CLOSE列表為空。

進一步地，步驟(2)中，根據步驟(1)中所述的機器人初始點，對機器人進行八向搜尋，計算八個擴展點到目標點的路徑成本，具體步驟為：