[發明專利]一種優化轉彎角度的移動機器人路徑規劃方法

在審

• 申請號: 202110801751.3
• 申請日: 2021-07-15
• 公開（公告）號: CN113359776A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 楊金鐸;王林波;王冕;賴勁舟;顧行健;張羿;蔣天柱;曾惜
• 申請（專利權）人: 貴州電網有限責任公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 南京禹為知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32272
• 代理人: 劉小莉

本發明公開了一種優化轉彎角度的移動機器人路徑規劃方法，包括：基于移動機器人所在環境建立柵格地圖以及右手直角坐標系；計算所述柵格地圖中每個節點可以運動的角度以及新加入節點的角度和前一路徑角度的差，并實時計算移動機器人的轉彎代價；將所述轉彎代價的代價函數加入A*算法的總代價函數中，得到優化后的A*算法代價函數，利用所述A*算法代價函數對具有障礙物的環境進行路徑規劃。本發明對具有障礙物的環境進行路徑規劃，可得到不必要的轉彎更少、轉彎角度更小的平滑路徑，極大的縮小了算法的時間復雜度。

技術領域

本發明涉及路徑規劃、信號處理、物聯網的技術領域，尤其涉及一種優化轉彎角度的移動機器人路徑規劃方法。

背景技術

機器人在運行中的代價，我們認為應該從以下幾個方面考慮：機器人的運動距離，從常識我們可以得知，在運動環境基本一致的情況下，機器人的運動能耗與運動距離成正相關，即運動距離越遠，則其所消耗的能量越大，對于移動機器人系統來說，我們希望在完成機器人運動目標的前提下盡可能降低機器人的運動距離，這一點利用路徑規劃的經典算法即可以做到；機器人的轉彎角度，頻繁的或者大角度的轉彎不僅影響機器人運動時的工作效率，在運動同等距離的條件下，還會消耗更多的能量，雖然隨著鋰電池等可充電電池技術近年來的快速發展和成熟，機器人的續航時間越來越長，但是充電時間長等缺點仍然限制著機器人的循環使用效率。

對于移動機器人的實際應用來說，A*算法保證了距離上最短的同時卻不能保證搜索出的路徑對機器人來說代價最小，若采用柵格地圖，由于運動方向限制為八個相鄰節點，對于一些特定角度的路徑，經典的A*算法可能會給出距離最短，但較為曲折的路徑，除此之外，相比于Dijkstra算法，雖然A*算法加入了啟發函數使得路徑搜索效率有了非常大的提升，但對于較為復雜的或者大范圍的運動環境，A*算法在實際應用所表現出的搜索效率仍然不能令人滿意；這是因為如前文所述，經典A*算法中的啟發函數是一種對當前節點和目標節點距離的估計，若在理想無障礙的情況下，這種估計是完全準確的，則可以實現A*算法完全按照最優路徑去搜索，這種條件下搜索效率最高，但是在有障礙物或者較為復雜的實際環境中，啟發函數往往不能準確估計這個距離，若啟發函數的估計距離值較實際距離值偏大，則算法給出的路徑可能不是最短路徑；反之，若啟發函數的估計距離值較實際距離值偏小，則算法可以給出最有解，但啟發函數偏小的程度越大，則算法需要搜索的節點越多，總體的時間效率越低。

發明內容

本部分的目的在于概述本發明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例。在本部分以及本申請的說明書摘要和發明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發明的范圍。

鑒于上述現有存在的問題，提出了本發明。

因此，本發明解決的技術問題是：現有技術中機器人的工作效率低，在有障礙物或者較為復雜的實際環境中其距離估計準確較低。

為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：基于移動機器人所在環境建立柵格地圖以及右手直角坐標系；計算所述柵格地圖中每個節點可以運動的角度以及新加入節點的角度和前一路徑角度的差，并實時計算移動機器人的轉彎代價；將所述轉彎代價的代價函數加入A*算法的總代價函數中，得到優化后的A*算法代價函數，利用所述A*算法代價函數對具有障礙物的環境進行路徑規劃。

作為本發明所述的優化轉彎角度的移動機器人路徑規劃方法的一種優選方案，其中：所述右手直角坐標系的建立包括，以當前節點為原點，以右側為橫軸方向建立所述右手直角坐標系。

作為本發明所述的優化轉彎角度的移動機器人路徑規劃方法的一種優選方案，其中：所述每個節點因轉彎所帶來的代價包括，

其中，C(n)為節點的原始代價，Δα為新加入節點的角度和前一路徑角度的差，k₂為歸一化系數。