【技术实现步骤摘要】
基于参数化水平集的移动机器人路径规划方法
本专利技术属于机器人路径规划
，具体涉及一种基于参数化水平集的移动机器人路径规划方法。
技术介绍
移动机器人作为机器人的一类，其在工厂自动化、智能交通和生活服务中有广泛的应用。如何在移动机器人的配置空间中找到一条从起始点到终点的安全无碰撞路径是机器人研究的一个重要方向。现有的路径规划方法主要有图搜索法、地图构建法、人工势场法和启发式方法。图搜索法由于搜索具有盲目性，计算量随着环境的扩充而集聚增大；地图构建法得到的结果相对粗糙；人工势场法存在局部最小和路径在障碍物附近震荡的问题；启发式方法将路径规划视为离散优化问题导致得到的路径波动很大。
技术实现思路
为克服上述现有技术的缺点，本专利技术提供一种基于参数化水平集的移动机器人路径规划方法，该方法将移动机器人路径规划问题等效为热传导路径的拓扑优化问题并结合路径生长的概念，避免了局部最优问题并且提升了生成路径的质量。本专利技术采用如下技术方案来实现的：基于参数化水平集的移动机器人路径规划方法，包括以下步骤：1)构建等效热传导问题的分析域和热源、热沉的位置：将移动机器人路径规划问...
【技术保护点】
1.基于参数化水平集的移动机器人路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：1)构建等效热传导问题的分析域和热源、热沉的位置：将移动机器人路径规划问题等效为热传导路径的拓扑优化问题，障碍物区域映射为非设计域，移动机器人自由运动空间映射为设计域，移动机器人起始点映射为热源，移动机器人终点映射为热沉；2)建立基结构的有限元计算模型：对上述等效热传导问题的分析域采用二维四节点四边形单元进行离散，给非设计域占据的单元分配材料导热率ko为0.001W/(m
【技术特征摘要】
1.基于参数化水平集的移动机器人路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：1)构建等效热传导问题的分析域和热源、热沉的位置：将移动机器人路径规划问题等效为热传导路径的拓扑优化问题，障碍物区域映射为非设计域，移动机器人自由运动空间映射为设计域，移动机器人起始点映射为热源，移动机器人终点映射为热沉；2)建立基结构的有限元计算模型：对上述等效热传导问题的分析域采用二维四节点四边形单元进行离散，给非设计域占据的单元分配材料导热率ko为0.001W/(m2·K)，近似看做绝热体，给设计域基结构占据的单元分配低导热率材料kf为1W/(m2·K)；3)确定冷却通道的生长方向：以散热弱度为目标函数，采用参数化水平集表达的拓扑优化方法确定每一步冷却通道的生长方向；4)迭代生长：通过冷却通道的不断生长获得规划路径。2.根据权利要求1所述的基于参数化水平集的移动机器人路径规划方法，其特征在于，步骤3)的具体实现方法如下：3.1)构建冷却通道的整体水平集函数：以矩形水平集函数描述当前新生长的冷却通道，在设计域中冷却通道内的点矩形水平集函数值φ(x,y)大于零，冷却通道外的点矩形水平集函数值φ(x,y)小于零，冷却通道边界上的点矩形水平集函数值φ(x,y)等于零：其中，Ω为冷却通道区域，为冷却通道边界，H是分析域；使用的水平集函数φ(x,y)为：其中(x0,y0)是该冷却通道的起点坐标也是上一步的生长末端点，若是第一步则是热源即机器人的运动起始点，L0是冷却通道长度，d0是冷却通道宽度，α是冷却通道的生长方向，当新生长的冷却通道不是第一步时需要与已经生长出的冷却通道进行组装，获得冷却通道的整体水平集函数：整体水平集函数φs(x,y)＝max(φ1,φ2,...,φn)T其中φi＝φi(x,y)，i＝1,...,n，表示第i段冷却通道的水平集，n表示当前冷却通道的总数，是被整体冷却通道占有的区域；对整体水平集函数φs(x,y)使用如下Heaviside函数处理，使得整体冷却通道区域内的单元节点的水平集值为1，设计域中其他单元...
【专利技术属性】
技术研发人员：李宝童，赵根，李小虎，刘宏磊，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61
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