[發明專利]一種適用于復雜場景下移動機器人路徑導航及規劃方法

在審

• 申請號: 202111053845.3
• 申請日: 2021-09-09
• 公開（公告）號: CN113867336A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 張磊;崔子鵬;汪雨洋;羅小川;楊博文
• 申請（專利權）人: 山東山速機器人科技有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李在川

本發明提供一種適用于復雜場景下移動機器人路徑導航及規劃方法，獲取障礙物的點云數據并進行濾波處理，根據代價地圖以及機器人在地圖中的定位信息和終止點位置，生成由子路徑點集構成的全局路徑，對子路徑點集進行路徑優化刪除掉非必須子路徑點，得到最優子路徑點集，構建局部離線路徑庫，根據最優局部路徑評價函數在局部離線路徑庫中尋找最優局部路徑；本發明方法以感知信息為基礎提出一種基于滑動窗優化的全局路徑規劃方法和一種全局重規劃判別法，在局部路徑選擇方面提出了新的路徑組評價函數，從而提高了移動機器人的路徑導航過程中的穩定性和路徑規劃的效率，進而提高移動機器人自主導航的效率和平穩性。

技術領域

本發明屬于移動機器人自主導航技術領域，具體涉及一種適用于復雜場景下移動機器人路徑導航及規劃方法。

背景技術

在移動機器人系統中，整個導航過程主要分為三個步驟：第一步，獲取導航環境的先驗代價地圖；第二步，根據得到的先驗地圖進行全局路徑規劃；第三步，根據定位和傳感器信息，以及全局路徑進行局部路徑規劃。

移動機器人自主導航過程中，全局路徑規劃Dijkstra，A*等算法規劃時間較長，無法在短時間內規劃出一條有效路徑，針對此問題，有學者提出了JPS算法，JPS算法相比于Dijkstra算法和A*算法能夠快速規劃出一條全局路徑，并返回跳點，也稱為子路徑點，引導移動機器人行進，但是JPS算法規劃出的子路徑點集并不是最優的，需要對JPS算法產生的子路徑點集進一步后端優化，并且現有的大多數導航框架中，當全局規劃路徑不能繼續滿足導航要求時，無法快速有效的針對地圖信息進行重規劃，同時機器人的局部規劃中嚴格跟隨全局規劃，使移動機器人的自主導航靈活性大大降低，對移動機器人避障產生巨大影響。

路徑規劃是影響移動機器人自主導航的平穩性和效率的關鍵環節，目前該環節中所使用的的規劃方法存在以下缺陷：

1、搜索時間較長，目前所使用的的A*或Dijkstra等算法在柵格地圖搜索過程中會搜索擴展很多無用柵格，導致搜索時間較長，很難滿足實時性要求；

2、對生成的全局路徑缺少優化，經搜索算法生成的全局路徑無法滿足移動機器人動力學與運動學約束，算法在柵格地圖中只能向8個方向搜索，導致生產的全局路徑出現多余的轉彎；

3、在全局規劃過程中，沒有加入重規劃；

4、針對局部路徑規劃中關于路徑的評價函數設計不合理，導致用機器人在導航過程中出現一定程度上的抖動。

發明內容

基于上述問題，本發明提出一種適用于復雜場景下移動機器人路徑導航及規劃方法，包括：

步驟1：獲取障礙物的點云數據并進行濾波處理；

步驟2：根據代價地圖以及機器人在地圖中的定位信息和終止點位置，生成由子路徑點集構成的全局路徑；

步驟3：對子路徑點集進行路徑優化刪除掉非必須子路徑點，得到最優子路徑點集；

步驟4：判斷機器人前進過程中是否需要重新規劃路徑；

步驟5：構建局部離線路徑庫，根據最優局部路徑評價函數在局部離線路徑庫中尋找最優局部路徑。

所述步驟1包括：

步驟1.1：將2D激光雷達采集到的信息經過三角函數換算得到對應的數據坐標點；

步驟1.2：構建以數據點p為中心、f_R為半徑的圓，計算圓內包含的其他數據點的個數n；

步驟1.3：如果nf_n，則認為數據點p為噪聲點，需要濾除掉，否則保留該數據點，其中，f_n為判斷數據點是否為噪聲點所設置的閾值。

所述步驟2包括：