一种改进型动态RRT*的移动机器人运动规划方法技术

本发明专利技术涉及一种改进型动态RRT*的移动机器人运动规划方法。该方法剔除了原RRT*算法中所有的碰撞检测，通过在代价函数中增加碰撞风险评估分量的方法控制代价函数值。当采样点或边与障碍物发生碰撞时，该分量将显著增大，促使代价函数值同步显著增大，抑制了发生碰撞的点和边继续扩张的可能性，从而使算法具有避障的能力。因本发明专利技术方法没有碰撞检测，在移动机器人运动规划问题上比RRT*算法收敛的速度更快，效率更高，在越复杂的环境中优势越突出。

An improved dynamic RRT * method for mobile robot motion planning

【技术实现步骤摘要】
一种改进型动态RRT*的移动机器人运动规划方法
本专利技术涉及移动机器人运动规划领域，具体涉及一种改进型动态RRT*的移动机器人运动规划方法。
技术介绍
随着人类生活水平的不断提升和工业自动化、智能化程度的迅猛发展，机器人的用途越来越广泛，逐渐成为人类生产生活中必不可少的一部分。不论是工业机器人、服务机器人还是医疗机器人都需要具备能够在复杂多变的工作环境中进行无碰撞运动规划的能力。机器人的运动规划经过长久的发展，形成了基于人工势场的方法、基于数学模型的方法、基于图搜索的方法、基于节点的方法和基于采样的方法等众多不同的规划方法。为增加机械臂的灵活性和可操纵性，人们专利技术了冗余机械臂甚至超冗余机械臂，它们的自由度都大于6，由于机械臂运动规划的复杂程度随着机械臂自由度的增加而显著增大，因此冗余机械臂的运动规划通常需要考虑“维度灾难”的问题。基于采样的方法因在多维空间中具有显著优势而在机械臂运动规划领域中得到了广泛的关注。StevenM.LaValle在1998年提出了RRT算法，该算法倾向于向未探索区域扩张，随着迭代次数的增加，未探本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改进型动态RRT*的移动机器人运动规划方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤S1、获取移动机器人当前周围环境信息：通过激光雷达或深度相机获取移动机器人半径范围内的环境信息，未被扫描到的位置呈现未知状态，扫描到的无障碍物位置呈现自由状态，扫描到的有障碍物位置呈现占用状态；在机器人根据规划的路径移动的过程中，不断获取新位置周围的环境信息，并与之前的环境信息相结合得到机器人走过路径的周围所有环境信息；/n步骤S2、算法初始化：设定所需规划的起始位置、目标位置和总迭代次数N，设置当前迭代次数i等于0，设置当前规划时间t等于0，将起始位置x

【技术特征摘要】
1.一种改进型动态RRT*的移动机器人运动规划方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、获取移动机器人当前周围环境信息：通过激光雷达或深度相机获取移动机器人半径范围内的环境信息，未被扫描到的位置呈现未知状态，扫描到的无障碍物位置呈现自由状态，扫描到的有障碍物位置呈现占用状态；在机器人根据规划的路径移动的过程中，不断获取新位置周围的环境信息，并与之前的环境信息相结合得到机器人走过路径的周围所有环境信息；
步骤S2、算法初始化：设定所需规划的起始位置、目标位置和总迭代次数N，设置当前迭代次数i等于0，设置当前规划时间t等于0，将起始位置xinit加入节点集合V，将起始位置加入搜索树G，并设置父节点集合E为空集；
步骤S3、障碍物离散化：将环境中所有的已知障碍物进行离散化，即用有限数量的间隔均匀的点集合表示连续的障碍物，并假设点的数量为M，组成集合ξkn，即
步骤S4、随机均匀采样，在环境地图中的随机位置加入一个采样点xrand，并将当前迭代次数i加1；
步骤S5、找到搜索树G中离采样点xrand距离最近的节点xnearest；
步骤S6、在点xnearest朝向点xrand方向上加相应增量得点xnew；
步骤S7、找到以点xnew为中心，Rnear为半径范围内搜索树G上所有节点，组成集合Xnear，以函数Near(G,xnew,|V|)表示；
步骤S8、计算点xnew附近节点集合Xnear的碰撞风险评估函数，作为代价函数的分量，使算法具有避障的能力；
步骤S9、计算点xnew附近节点集合Xnear的代价函数值，得到点xnew的最小代价函数值及其父节点；
步骤S10、修改点xnew附近节点集合Xnear的父节点，使搜索树的各个节点得到最小代价函数值，从而实现算法的渐进最优；
步骤S11、算法终止；
步骤S12、移动机器人按照规划路径移动：将规划完成的可行路径变换成线速度和角速度发布给移动机器人的底盘，移动机器人将按照接收的速度进行移动和转向；在朝向目标位置移动的过程中，如果环境信息未发生变化，则移动机器人继续按照当前规划路径移动，当环境信息发生变化时，算法将进行新一次路径规划，即回到步骤S2的算法初始化；
步骤S13、路径规划结束：当移动机器人按照算法规划的路径到达设定的目标位置时，任务完成，路径规划结束。


2.根据权利要求1所述的一种改进型动态RRT*的移动机器人运动规划方法，其特征在于，所步骤S8具体实现方式为：将点xnew附近节点集合Xnear中所有节点分别带入碰撞风险评估函数Gauss(xnear,xnew)，得到点xnew与附近所有节点之间的代价函数的碰撞风险评估分量c”，用于判断点xnew及其与周围节点的连线是否会同障碍物发生碰撞，从而决定点xnew的父节点并判断点xnew是否能够作为附近节点的父节点。


3.根据权利要求2所述的一种改进型动态RRT*的移动机器人运动规划方法，其特征在于，所述将点xnew附近节点集合Xnear中所有节点分别带入碰撞风险评估函数Gauss(xnear,xnew)，得到点xnew与附近所有节点之间的代价函数的碰撞风险评估分量c”的具体计算过程如下：
假设p为以点xnear和xnew为两端点的线段Line(xnear,xnew)表示上的点，由公式(1)可得点p至所有障碍物点obsi的欧式距离d：
d＝|...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈彦杰，林依凡，何炳蔚，张立伟，林立雄，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35