[發明專利]一種高鐵巡檢機器人的路徑規劃方法及系統

有效

• 申請號: 202310349256.2
• 申請日: 2023-04-04
• 公開（公告）號: CN116125995B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 姚道金;殷雄;董文濤;程宵;王曉明
• 申請（專利權）人: 華東交通大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 南昌賢達專利代理事務所(普通合伙) 36136
• 代理人: 胡友勝

本發明公開一種高鐵巡檢機器人的路徑規劃方法及系統，方法包括：獲取高鐵站的環境信息，根據環境信息構建點云地圖，其中，點云地圖中包含靜態障礙物點云和動態障礙物點云提取靜態障礙物點云，根據靜態障礙物點云構建2D柵格地圖，并在2D柵格地圖中使用改進的算法進行全局路徑規劃，生成全局最優路徑；對巡檢機器人進行運動學建模，并基于改進的DWA算法控制巡檢機器人在沿著全局最優路徑巡檢時躲避局部動態障礙物，使得到最終巡檢路線。提高了巡檢路徑生成速率，增強了對動態障礙物躲避能力，控制了巡檢機器人能量消耗，有利于高鐵站巡檢機器人的應用。

技術領域

本發明屬于路徑優化技術領域，尤其涉及一種高鐵巡檢機器人的路徑規劃方法及系統。

背景技術

高鐵站數量多、建筑規模大?、現場環境復雜。傳統僅靠肉眼巡視的模式，不僅工作量大、信息傳遞慢、效率低、維護成本高，且一旦危險發生時不能及時響應處理，高鐵站巡檢機器人的出現有效緩解了這些問題，所以高鐵站巡檢機器人是近幾年的研究熱點。國內外學者在巡檢機器人方面，進行了大量的研究，巡檢機器人是一種能夠自主運動，識別障礙物，生成運動軌跡并按照軌跡運動的智能系統，路徑規劃是巡檢機器人諸多技術中不可或缺的重要組成部分，目的是在含障礙物空間中規劃出一條無碰撞且距離最近的路徑。

根據目前的研究成果來看，RRT算法是一種經典的基于圖采樣算法，同樣可以應用于路徑規劃問題；然而，RRT算法存在以下不足：（1）不是最優解；（2）節點采樣效率低下；（3）路徑不平滑；（4）無法躲避局部動態障礙；因此，RRT算法仍然存在有一些缺陷，使得算法容易陷入局部最優，在進行巡檢機器人路徑規劃時，往往達不到理想的路徑規劃效果。

為此，本發明提出了一種高鐵巡檢機器人的路徑規劃方法及系統。

發明內容

本發明提供一種高鐵巡檢機器人的路徑規劃方法及系統，克服了傳統RRT算法存在的幾點不足，顯著減少隨機采樣點，縮短路徑生成時間同時有效的躲避動態障礙物。

第一方面，本發明提供一種高鐵巡檢機器人的路徑規劃方法，包括：獲取高鐵站的環境信息，根據所述環境信息構建點云地圖，其中，所述點云地圖中包含靜態障礙物點云和動態障礙物點云；提取所述靜態障礙物點云，根據所述靜態障礙物點云構建2D柵格地圖，并在所述2D柵格地圖中使用改進的算法進行全局路徑規劃，生成全局最優路徑；對巡檢機器人進行運動學建模，并基于改進的DWA算法控制所述巡檢機器人在沿著所述全局最優路徑巡檢時躲避局部動態障礙物，使得到最終巡檢路線，其中，得到最終巡檢路線過程具體包括：

在全局化時生成的柵格地圖上加入動態障礙物信息，同時將全局最優路徑中的個路徑點坐標存入集合中，并根據預設選取公式在集合中選取預設個數的路徑點作為局部路徑規劃的臨時目標點，其中，預設選取公式為：

，

式中，為臨時目標點坐標，為臨時目標節點篩選系數，為第個路徑點坐標，為靜態障礙物權值，為動態障礙物權值，為巡檢機器人的質量；

計算預設個數的表達式為：

，

式中，為目標點個數權重，為第個路徑點坐標，為第個路徑點坐標，為起始節點，為目標點；

通過調節左右輪驅動速度來控制巡檢機器人沿著局部路徑規劃的臨時目標點移動，并對巡檢機器人進行運動學建模，其中，運動學建模中包含巡檢機器人的最大速度、最大加速度、線速度和角速度；

融合人工勢場算法，給局部動態障礙物增加斥力場，約束巡檢機器人的最大速度和最大加速度；

根據獲取的動態障礙物信息預測動態障礙物的速度和航向，根據所述動態障礙物的速度和航向優化巡檢機器人的線速度和角速度，其中，預測動態障礙物的速度和航向的表達式為：

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