[發(fā)明專利]一種舞臺多功能移動機(jī)器人的路徑規(guī)劃方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110903872.9
• 申請日: 2021-08-06
• 公開（公告）號: CN113485367A
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉安東;張伯鑫;曹瀚仁;倪洪杰;張丹
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 杭州浙科專利事務(wù)所(普通合伙) 33213
• 代理人: 周紅芳;朱盈盈

本發(fā)明公開了一種舞臺多功能移動機(jī)器人的路徑規(guī)劃方法，屬于智能機(jī)器人路徑規(guī)劃技術(shù)領(lǐng)域；本發(fā)明基于BI?RRT*方法和informedRRT*方法的基礎(chǔ)上引入中心圓和概率偏置變步長的概念。利用概率目標(biāo)偏置和變步長來減少找到初始方案的時間，雙向RRT樹都到達(dá)中心圓圓內(nèi)后，開始進(jìn)行雙橢圓空間的采樣；中心圓思想和概率偏置變步長加快了找到初始方案的速度，并且限制了采樣的區(qū)間，將采樣區(qū)間變成兩個橢圓區(qū)間，這樣可以減少無用的搜索區(qū)域，提高算法的搜索效率；解決復(fù)雜環(huán)境下，路徑規(guī)劃時間長，路徑不優(yōu)的問題，同時對本發(fā)明所提的方法進(jìn)行仿真實驗，證實該算法的優(yōu)越性，具有很強(qiáng)的實用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及智能機(jī)器人路徑規(guī)劃技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種舞臺多功能移動機(jī)器人的路徑規(guī)劃方法。

背景技術(shù)

為了豐富全民公共文化服務(wù)，特別是滿足基層文化多樣化服務(wù)需求，需要在基層小型文化服務(wù)綜合體活動空間中開展文化演出、會議議事、展覽閱覽以及民俗活動等文化服務(wù)功能，因服務(wù)空間不同，其功能空間內(nèi)的配置設(shè)施和使用要求也不同，為了達(dá)到小型文化綜合體“一廳多用”要求，往往要通過智能移動機(jī)器人協(xié)助完成多種功能空間相互快速組合以及切換，實現(xiàn)小型綜合體空間內(nèi)擁擠環(huán)境下的自主軌跡規(guī)劃與快速搬運服務(wù)等，從而滿足單一空間多種文化服務(wù)需求。

機(jī)器人是融合機(jī)械、電子、計算機(jī)、控制、人工智能等多領(lǐng)域技術(shù)交叉的裝備，特別是移動機(jī)器人，由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、模型易建、承重大、自重輕、行走速度快等特點，在人類生產(chǎn)生活各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。移動機(jī)器人指一類可以通過自身傳感器探知外界環(huán)境，實現(xiàn)在復(fù)雜環(huán)境中連續(xù)自主行駛的智能機(jī)器人，其涉及到信息感知、運動規(guī)劃、自主控制等學(xué)科領(lǐng)域，是人工智能技術(shù)和計算機(jī)信息科學(xué)的最新成果。路徑規(guī)劃是移動機(jī)器人完成各種功能的基礎(chǔ)，具備路徑規(guī)劃能力的移動機(jī)器人才真正具備實用性。機(jī)器人路徑規(guī)劃是在已知自身位置和目標(biāo)點或者目標(biāo)區(qū)域的條件下，在機(jī)器人運動空間尋找一條能夠無碰撞抵達(dá)目標(biāo)點或者區(qū)域的線路。路徑規(guī)劃能夠極大地擴(kuò)展移動機(jī)器人工作空間，提高移動機(jī)器人的實際應(yīng)用價值。

BI-RRT*算法是快速搜索隨機(jī)樹算法的一種變種算法，主要用于移動機(jī)器人的路徑規(guī)劃，是一種基于采樣的規(guī)劃算法，通過對狀態(tài)空間進(jìn)行隨機(jī)采樣的策略使得搜索樹向空白區(qū)域擴(kuò)展，省去了對狀態(tài)空間建模的過程，重新選擇父節(jié)點使新生成的節(jié)點路徑代價降為最小，優(yōu)化了搜索路徑。重新布線使得生成新節(jié)點后的隨機(jī)樹減少冗余通路，減小路徑代價。但是BI-RRT*算法采用均勻采樣的方法，缺乏引導(dǎo)信息，導(dǎo)致出現(xiàn)無用的采樣空間，增大了找到初始可行解的時間，導(dǎo)致算法計算量增大。Informed RRT*算法在初始點和目標(biāo)點距離過遠(yuǎn)時導(dǎo)致橢圓采樣空間過大的問題以及BI-RRT*算法由于采用貪婪式連接得到的是局部的最優(yōu)解，并不是對所有問題都能得到整體的最優(yōu)解。因此，對于以上問題，亟需提出一種可以減少無用搜索空間、可以快速找到初始可行解以及新的連接方式的的方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種舞臺多功能移動機(jī)器人的路徑規(guī)劃方法，該方法通過改進(jìn)BI-RRT*和 informedRRT*方法加入中心圓和概率偏置變步長的思想來實現(xiàn)更快的探索時間和更短的路徑的算法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種舞臺多功能移動機(jī)器人的路徑規(guī)劃方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)設(shè)置移動機(jī)器人的初始點X-start、目標(biāo)點G-goal以及中心圓的圓心X-mide，半徑為R，迭代次數(shù)iter的初值為0，最大迭代次數(shù) maxiter的值為2500，障礙物的隨機(jī)分布坐標(biāo)；初始化隨機(jī)樹第一棵樹T1和第二棵樹T2，初始點X-start和目標(biāo)點G-goal分別為樹T1和樹T2的起始點，X-mide為兩棵樹共同的目標(biāo)點；

2)設(shè)定中心圓的位置；