[發明專利]一種基于柵格地圖的割草機器人路徑規劃方法

有效

• 申請號: 202011294108.8
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112462763B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 韓旭;章霖鑫;段書用;王啟帆;徐福田;李雪瑞
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 天津市鼎拓知識產權代理有限公司 12233
• 代理人: 劉雪娜

1.一種基于柵格地圖的割草機器人路徑規劃方法，其特征在于，所述路徑規劃方法包括如下步驟：

步驟S1，以割草機器人的橫向外廓尺寸為柵格大小，對環境地圖進行柵格處理，建立初始柵格地圖；

步驟S2，以初始柵格地圖中的障礙物為基礎，構建柵格方程，基于柵格方程求解細化柵格尺寸；具體包括：

在環境地圖中，設障礙物A與B之間的間距為d₁，割草機器人的橫向外廓尺寸為b_c，細化柵格尺寸為b_e，障礙物A最近B端與所占據柵格的近A端距離為e_s，障礙物B最近A端與所占據柵格的近B端距離為e_x，以割草機器人的橫向外廓尺寸b_c為柵格大小，進行柵格初始化，建立柵格方程如下：

式(1)中，令Q、W、E、R的數值均為正整數，解得細化柵格尺寸b_e；

步驟S3，對柵格化地圖中相鄰障礙物間的距離進行判斷，當滿足預設條件時，以障礙物占據的柵格為基礎，再向外擴展一個柵格大小，將所擴展的區域作為路徑規劃的緩沖區，擴展后包含障礙物的所有區域為柵格細化區，以細化柵格尺寸對柵格細化區進行柵格細化；

步驟S4，計算割草機器人的橫向外廓尺寸對柵格細化尺寸的倍數N，令M＝int(N/2)，將柵格細化后的障礙物所占細化柵格向外膨脹M格，以膨脹后的所有細化柵格作為障礙物所占格數；

步驟S5，在包含初始柵格和細化柵格的柵格地圖上設定機器人運行軌跡的起點柵格和終點柵格；

步驟S6，判斷割草機器人是否處于緩沖區；當不在緩沖區時，進入步驟S7；當位于緩沖區時，進入步驟S8；

步驟S7，基于初始柵格地圖規劃下一步路徑，進入步驟S9；

步驟S8，基于細化柵格地圖規劃下一步路徑，進入步驟S9；

步驟S9，判斷當前路徑所在柵格是否為終點，當不是終點時，轉入步驟S6；當為終點時，輸出當前規劃路徑。

2.根據權利要求1所述的割草機器人路徑規劃方法，其特征在于，所述路徑規劃方法還包括：

步驟S10，輸出當前規劃路徑后，判斷所有規劃路徑與障礙物區域是否覆蓋所有初始柵格及細化柵格；當未全部覆蓋時，轉入步驟S5；當全部覆蓋時，結束割草操作。

3.根據權利要求1或2所述的割草機器人路徑規劃方法，其特征在于，所述步驟S3中進行距離判斷的預設條件為：

1.1b_cd₁2b_c (2)

式(2)中，d₁為障礙物間距，b_c為割草機器人的橫向外廓尺寸。

4.根據權利要求1或2所述的割草機器人路徑規劃方法，其特征在于，所述步驟S5中每次路徑規則設置的起點柵格與終點柵格均不相同，所述起點柵格與終點柵格為初始柵格或細化柵格。

5.根據權利要求1或2所述的割草機器人路徑規劃方法，其特征在于，所述步驟S7中路徑規劃，采用A-star算法的四領域搜索模式，以f(x)＝g(x)+h(x)作為啟發函數進行路徑規劃，其中，f(x)表示此初始柵格的總代價，g(x)表示前進一個初始柵格消耗的代價，h(x)表示到達目標點預計會消耗的代價。

6.根據權利要求1或2所述的割草機器人路徑規劃方法，其特征在于，所述步驟S8中路徑規劃，采用A-star算法的四領域搜索模式，以f(x)＝g(x)+h(x)作為啟發函數進行路徑規劃，其中，f(x)表示此細化柵格的總代價，g(x)表示前進一個細化柵格消耗的代價，并且g(x)所指的前進一個柵格消耗的代價隨著細化的柵格數等比例下降；h(x)表示到達目標點預計會消耗的代價。