[發明專利]移動機器人路徑規劃方法和系統

在審

• 申請號: 202211040061.1
• 申請日: 2022-08-29
• 公開（公告）號: CN115586769A
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發明（設計）人: 單新文;奚夢婷;陸佳鑫;朱佳佳;杜元翰;肖茂然;孫保華;黃辰希
• 申請（專利權）人: 國網江蘇省電力有限公司信息通信分公司;國電南瑞科技股份有限公司;國電南瑞南京控制系統有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 朱遠楓

本發明提供移動機器人路徑規劃方法和系統，包括構建移動機器人工作環境的柵格地圖；利用路徑規劃算法在柵格地圖上規劃移動機器人路徑，獲得全局最優路徑；確定全局最優路徑上的轉折點；利用轉折點評價函數，計算各轉折點的評價值，根據評價值選取關鍵轉折點；將選取出來的關鍵轉折點進行路徑平滑處理，獲得優化后的全局最優路徑。本發明通過選取關鍵轉折點，并將選取的關鍵轉折點做路徑平滑處理可以解決機器人行進過程中轉折點過多問題；可以縮短機器人的行徑路徑和行駛時間。

技術領域

本發明屬于移動機器人路徑規劃技術領域，具體涉及移動機器人路徑規劃。

背景技術

在機器人領域，在有障礙物的環境中，在滿足距離、計算時間、通信延遲和能量消耗等優化條件的前提下，尋找從機器人初始位置到期望位置的安全路徑。在真實場景下，機器人進行路徑規劃很重要。

路徑規劃算法的分類有很多種。根據外部環境信息是否已知，可分為全局最優路徑規劃算法和局部路徑規劃算法；而根據算法的搜索方式，也可分為盲目式搜索算法和啟發式搜索算法。盲目式搜索注重搜索的過程而不是搜索目標，往往伴隨著巨大的搜索空間，導致消耗大量內存資源且效率低下，具體的有廣度優先算法、深度優先算法和Dijkstra算法等。啟發式搜索在搜索的過程中，根據與問題相關的啟發式信息，朝著有利的方向展開搜索，可以避免許多無意義的搜索路徑，大大減少搜索范圍、降低問題的復雜度，常見的有貪婪算法和A*算法。

但是采用現有的路徑規劃算法獲得路徑不一定是最優路徑，在機器人行進的路徑中常常會遇到許多轉折點，導致規劃的路徑可能更長而且路徑不平滑。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的在機器人行進的路徑中常常會遇到許多轉折點，導致規劃的路徑可能更長而且路徑不平滑的技術問題，提供移動機器人路徑規劃方法和系統。

為實現上述技術目的，本發明采用以下技術方案。

第一方面，本發明提供了移動機器人路徑規劃方法，包括：

構建移動機器人工作環境的柵格地圖；

利用路徑規劃算法在柵格地圖上規劃移動機器人路徑，獲得全局最優路徑；

確定全局最優路徑上的轉折點；利用轉折點評價函數，計算各轉折點的評價值，根據評價值選取關鍵轉折點；將選取出來的關鍵轉折點進行路徑平滑處理，獲得優化后的全局最優路徑。

進一步地，所述轉折點評價函數表示為：

G(x)＝(1-α)d1+αd2,

其中，d1為障礙物中心到起始點與轉折點連線的垂直距離,d2為轉折點到障礙物所在線段末端的距離,α為可調參數。

進一步地，路徑規劃算法采用改進的A*算法，所述改進的A*算法全局評價函數中引入障礙物因數，在路障存在的時間段內，障礙物因數為一個無窮大的值，當在路障在路徑以外時，障礙物因數為零；所述全局評價函數表示如下：

其中F(x)為全局評價函數，用于評估當前節點到目標點的預估代價；g(x)為真實代價函數；h(x)為啟發函數，w(t)為引入障礙物因數。

再進一步地，所述改進的A*算法針對以下兩種情況分別確定關鍵點，從關鍵點中搜尋全局評價函數值最小的節點；

情況(1)：起始點和目標點在一條直線上且路徑中不存在障礙物；

情況(2)：起始點和目標點不共線且路徑中存在障礙物；

針對情況(1)，將起始點和目標點連線上的節點都作為關鍵點；