[發明專利]一種移動機器人路徑規劃方法、裝置及存儲介質

有效

• 申請號: 202011409963.9
• 申請日: 2020-12-04
• 公開（公告）號: CN112462785B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 齊潔;趙國霖;孫海信
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 廈門福貝知識產權代理事務所(普通合伙) 35235
• 代理人: 肖琨

本發明公開了一種移動機器人路徑規劃方法、裝置及存儲介質，通過基于移動機器人車載激光雷達獲取的環境信息構建環境地圖，進行柵格地圖建模，每個柵格根據環境信息被標記為障礙區和自由空間，設定起始點和目標點；建立第一層RRT*搜索樹，第一層RRT*搜索樹以起始點為根節點進行搜索，并采用基于反饋的目標偏向的采樣策略在自由空間生成隨機采樣點，得到初始路徑；對初始路徑進行分段剪枝和平滑處理，將處理后的初始路徑作為移動機器人的全局路徑進行執行；建立第二層RRT*搜索樹，第二層RRT*搜索樹采用反向維護策略以目標點為根節點進行搜索，并通過基于歐氏距離和軌跡角度構建的代價函數優化全局路徑中剩余路徑的路徑代價，生成最佳運動路徑。

技術領域

本發明涉及路徑規劃領域，具體涉及一種移動機器人路徑規劃方法、裝置及存儲介質。

背景技術

自從1961年誕生世界第一臺工業機器人以來，機器人技術得到飛速發展，并且廣泛應用于軍事與機械制造業、農業、醫療、物流運輸業等民用行業。機器人技術的研發、制造以及應用成為衡量一個國家科技創新能力、國民經濟現代化和智能化的重要標志。隨著物聯網、5G等高新技術的成熟，移動機器人的應用場景也會越來越廣闊。

移動機器人的導航系統是支撐機器人高效完成各項任務的基礎，導航系統的關鍵技術就在于路徑規劃。機器人在復雜的空間中，利用自身的傳感器對周圍環境進行探測，構建環境地圖信息。通過路徑規劃技術進行路徑的規劃與優化，最終通過運動控制達到目標位置完成導航任務。在復雜的火災現場、地下探測、海底勘探等危險領域，要求移動機器人能夠實時規劃的路徑。

改進的快速隨機搜索樹(RRT*)算法通過對狀態空間中的采樣點進行碰撞檢測，避免了對環境的建模，能夠有效地解決高維空間和復雜約束的路徑規劃問題，這類方法的特點是能夠快速有效地進行路徑規劃。基于RRT*的一系列變體算法，存在以下問題：1)采樣點的選取方式為在自由空間內隨機采樣，因此會導致一些不必要的重復采樣，增加RRT*的獲取路徑規劃的計算時間；2)獲取的路徑一般是較為復雜的曲折路徑，實際的移動機器人需要得到盡可能平滑的路徑，減少機械損耗；3)需要預先獲取環境信息，在復雜障礙物的環境下難以適用。

有鑒于此，建立一種移動機器人路徑規劃方法和裝置是非常具有意義的。

發明內容

針對上述提到現有的路徑規劃算法在復雜環境下容易難以適用，速度慢等問題。本申請的實施例的目的在于提出了一種移動機器人路徑規劃方法、裝置及存儲介質來解決以上背景技術部分提到的技術問題。

第一方面，本申請的實施例提供一種移動機器人路徑規劃方法，包括以下步驟：

S1：基于移動機器人車載激光雷達獲取的環境信息構建環境地圖，進行柵格地圖建模，每個柵格根據環境信息被標記為障礙區和自由空間，設定起始點和目標點；

S2：建立第一層RRT*搜索樹，第一層RRT*搜索樹以起始點為根節點進行搜索，并采用基于反饋的目標偏向的采樣策略在自由空間生成隨機采樣點，得到初始路徑；

S3：對初始路徑進行分段剪枝和平滑處理，將處理后的初始路徑作為移動機器人的全局路徑進行執行；以及

S4：建立第二層RRT*搜索樹，第二層RRT*搜索樹采用反向維護策略以目標點為根節點進行搜索，并通過基于歐氏距離和軌跡角度構建的代價函數優化全局路徑中剩余路徑的路徑代價，生成最佳運動路徑。

在一些實施例中，步驟S2具體包括：

S21：以概率k₁將上一次添加到第一層RRT*搜索樹中的節點q_prev作為參考，通過節點 q_prev和目標點q_goal的相對位置縮小隨機采樣點q_rand的采樣區域；