机器人路径规划方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供的一种机器人路径规划方法及装置，涉及路径规划技术领域。方法包括通过获取工作空间图像，所述工作空间图像包括至少一个障碍物；获取伪随机数和偏置变量后，判断所述伪随机数是否小于所述偏置变量；若确定所述伪随机数不小于所述偏置变量，获取所述工作空间图像中的目标状态点；基于所述目标状态点，对预设的第一颗树进行搜索扩展并判断得出扩展后的第一颗树与所述障碍物没有发生碰撞，获得所述第一颗树的第一新生结点；基于所述第一新生结点，对预设的第二颗树进行搜索扩展的方式，进而判断扩展后的第一颗树新扩散的结点与扩展后的第二颗树新扩散后的结点是否相等，若相等，获得规划路径。更加有效。

【技术实现步骤摘要】
机器人路径规划方法及装置
本专利技术涉及路径规划领域，具体而言，涉及一种机器人路径规划方法及装置。
技术介绍
基于采样的运动规划算法在近十几年来得到了广泛发展，由于该方法的高效性，吸引了很多人对其的研究。其中最为熟悉的便是随机搜索树算法(RRT，rapidlyexploringrandomtree)，简称RRT算法。该算法是在1998年被美国的StevenM.LaValle教授提出。在多维空间中，该算法对路径的规划较为有效，除此之外，它也是一张数据结构和算法。在以往的一些传统算法，如人工势场法、遗传算法、模糊算法、神经网络法、蚁群优化算法等，都是需要对障碍物环境进行模型的建立的，这无形之中增加了算法的运行时间，计算量也随着环境的复杂度增加。越智能的机器人的复杂度越高，自由度也越高，以往的传统算法计算量更大，就不适合智能机器人在高维度、复杂的环境下进行路径规划。RRT算法不再需要对环境进行建模，大大缩短了路径的搜索时间，对于高维度的路径规划问题效率很高。该算法最大的特点就是能够快速的生成伪随机数，得到随机点，在机器人的工作空间中快速搜索，从而得到规划的路径。该算法适合解决多自由度机器人在复杂和动态环境中的路径规划。RRT算法是概率比较完备的算法，理论上能够在机器人的位姿空间中较快速的搜索到可行路径。但是在搜索过程中撒点过于平均，搜索树会在整个工作空间中随机扩展，从而使搜索效率低下，而且规划的最终路径可能会偏离最短路径。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种机器人路径规划方法及装置，以改善上述问题。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：第一方面，本专利技术实施例提供了一种机器人路径规划方法，所述方法包括：获取工作空间图像，所述工作空间图像包括至少一个障碍物；获取伪随机数和偏置变量；判断所述伪随机数是否小于所述偏置变量；若确定所述伪随机数不小于所述偏置变量，获取所述工作空间图像中的目标状态点；基于所述目标状态点，对预设的第一颗树进行搜索扩展并判断得出扩展后的第一颗树与所述障碍物没有发生碰撞，获得所述第一颗树的第一新生结点；基于所述第一新生结点，对预设的第二颗树进行搜索扩展；判断扩展后的第一颗树新扩散的结点与扩展后的第二颗树新扩散后的结点是否相等，若相等，获得规划路径。第二方面，本专利技术实施例提供了一种机器人路径规划装置，所述装置包括第一获取单元、第二获取单元、第一判断单元、第一扩展单元、第二扩展单元和第二判断单元。第一获取单元，用于获取工作空间图像，所述工作空间图像包括至少一个障碍物。第二获取单元，用于获取伪随机数和偏置变量。第一判断单元，用于：判断所述伪随机数是否小于所述偏置变量；若确定所述伪随机数不小于所述偏置变量，获取所述工作空间图像中的目标状态点。第一扩展单元，用于基于所述目标状态点，对预设的第一颗树进行搜索扩展并判断得出扩展后的第一颗树与所述障碍物没有发生碰撞，获得所述第一颗树的第一新生结点。第二扩展单元，用于基于所述第一新生结点，对预设的第二颗树进行搜索扩展。第二判断单元，用于判断扩展后的第一颗树新扩散的结点与扩展后的第二颗树新扩散后的结点是否相等，若相等，获得规划路径。本专利技术实施例提供的一种机器人路径规划方法及装置，通过获取工作空间图像，所述工作空间图像包括至少一个障碍物；获取伪随机数和偏置变量后，判断所述伪随机数是否小于所述偏置变量；若确定所述伪随机数不小于所述偏置变量，获取所述工作空间图像中的目标状态点；基于所述目标状态点，对预设的第一颗树进行搜索扩展并判断得出扩展后的第一颗树与所述障碍物没有发生碰撞，获得所述第一颗树的第一新生结点；基于所述第一新生结点，对预设的第二颗树进行搜索扩展的方式，进而判断扩展后的第一颗树新扩散的结点与扩展后的第二颗树新扩散后的结点是否相等，若相等，获得规划路径。更加有效。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术实施例了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为可应用于本专利技术实施例提供的电子设备的结构框图；图2为本专利技术实施例提供的机器人路径规划方法的流程图；图3为本专利技术实施例提供的机器人路径规划方中RRT-Connect算法的双树扩展过程示意图；图4为本专利技术实施例提供的机器人路径规划方法中RRT-Connect算法的两树连接示意图；图5(a)和(b)分别为本专利技术实施例提供的机器人路径规划方法中RRT-Connect算法的搜索过程和搜索路径示意图；图6(a)和(b)分别为本专利技术实施例提供的机器人路径规划方法搜索过程和搜索路径示意图；图7(a)、(b)和(c)分别为本专利技术实施例提供的机器人路径规划方法中空间1、空间2和空间3地图实例示意图；图8为本专利技术实施例提供的机器人路径规划装置的结构框图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本专利技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。图1示出了一种可应用于本专利技术实施例中的电子设备100的结构框图。如图1所示，电子设备100可以包括存储器102、存储控制器104、一个或多个(图1中仅示出一个)处理器106、外设接口108、输入输出模块110、音频模块112、显示模块114、射频模块116和机器人路径规划装置。存储器102、存储控制器104、处理器106、外设接口108、输入输出模块110、音频模块112、显示模块114、射频模块116各元件之间直接或间接地电连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件之间可以通过一条或多条通讯总线或信号总线实现电连接。机器人路径规划方法分别包括至少一个可以以软件或固件(firmware)的形式存储于存储器102中的软件功能模块，例如所述机器人路径规划装置包括的软件功能模块或计算机程序。存储器102可以存储各种软件程序以及模块，如本申请实施例提供的机器人路径规划方法及装置对应的程序指令/模块。处理器106通过运行存储在存储器102中的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现本申请实施例中的机器人路径规划方法。存储器102可以包括但不限于随机存本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人路径规划方法，其特征在于，所述方法包括：获取工作空间图像，所述工作空间图像包括至少一个障碍物；获取伪随机数和偏置变量；判断所述伪随机数是否小于所述偏置变量；若确定所述伪随机数不小于所述偏置变量，获取所述工作空间图像中的目标状态点；基于所述目标状态点，对预设的第一颗树进行搜索扩展并判断得出扩展后的第一颗树与所述障碍物没有发生碰撞，获得所述第一颗树的第一新生结点；基于所述第一新生结点，对预设的第二颗树进行搜索扩展；判断扩展后的第一颗树新扩散的结点与扩展后的第二颗树新扩散后的结点是否相等，若相等，获得规划路径。

【技术特征摘要】
1.一种机器人路径规划方法，其特征在于，所述方法包括：获取工作空间图像，所述工作空间图像包括至少一个障碍物；获取伪随机数和偏置变量；判断所述伪随机数是否小于所述偏置变量；若确定所述伪随机数不小于所述偏置变量，获取所述工作空间图像中的目标状态点；基于所述目标状态点，对预设的第一颗树进行搜索扩展并判断得出扩展后的第一颗树与所述障碍物没有发生碰撞，获得所述第一颗树的第一新生结点；基于所述第一新生结点，对预设的第二颗树进行搜索扩展；判断扩展后的第一颗树新扩散的结点与扩展后的第二颗树新扩散后的结点是否相等，若相等，获得规划路径。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述目标状态点，对预设的第一颗树进行搜索扩展并判断得出扩展后的第一颗树与所述障碍物没有发生碰撞，获得所述第一颗树的第一新生结点，包括：设置所述第一颗树以所述目标状态点为随机点；查找所述第一颗树的第一扩散路径图中距离所述随机点最近的第一最近点；在所述工作空间图像中向所述随机点的方向移动第一预设距离，获得第一新生结点；若判断得出所述第一最近点到所述第一新生结点的第一路径与所述障碍物没有发生碰撞，且所述第一路径在所述工作空间图像内，将所述第一新生结点添加到所述第一扩散路径图的点集中以及将所述第一路径添加到所述第一扩散路径图的边集中。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述第一新生结点，对预设的第二颗树进行搜索扩展，包括：查找所述第二颗树的第二扩散路径图中距离所述第一新生结点最近的第二最近点；在所述工作空间图像中向所述第一新生结点的方向移动第二预设距离，获得第二新生结点；若判断得出所述第二最近点到所述第二新生结点的第二路径与所述障碍物没有发生碰撞，且所述第二路径在所述工作空间图像内，将所述第二新生结点添加到所述第二扩散路径图的点集中以及将所述第二路径添加到所述第二扩散路径图的边集中；在所述工作空间图像中向所述第一新生结点的方向移动第三预设距离，获得第三新生结点；若判断得出所述第三新生结点到所述第二新生结点的第三路径与所述障碍物没有发生碰撞，且所述第三路径在所述工作空间图像内，将所述第三新生结点添加到所述第二扩散路径图的点集中以及将所述第三路径添加到所述第二扩散路径图的边集中。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在判断扩展后的第一颗树新扩散的结点与扩展后的第二颗树新扩散后的结点是否相等之后，在获得规划路径之前，所述方法还包括：若判断得出扩展后的第一颗树新扩散的结点与扩展后的第二颗树新扩散后的结点相等，若判断得出扩展后的第一颗树新扩散的结点数与扩展后的第二颗树新扩散后的结点数不相等，执行交换第一颗树和第二颗树的扩散次序且选择对第一颗树和第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙立书，黄毅，梁雁，
申请(专利权)人：张家港江苏科技大学产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：江苏,32