一种基于改进人工势场法的消防移动机器人路径规划方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于改进人工势场法的消防移动机器人路径规划方法及系统，方法包括获取火灾点；获取火灾点附近的消防移动机器人的坐标点；设置目标点，并建立目标点和消防移动机器人之间的对应关系；读取环境信息，采用改进人工势场法计算消防移动机器人对应的合力；判断消防移动机器人是否陷入局部极小点，若是则采用模拟退火算法逃离局部极小点，然后重新计算合力；否则将计算得到的合力发送至对应的消防移动机器人，判断运动后的消防移动机器人是否达到对应的目标点，若已达到目标点则执行灭火作业；否则重新计算合力。本发明专利技术解决了人工势场法路径规划时出现的目标不可达和陷入局部极小点问题，同时消防移动机器人规避障碍更快到达目标点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进人工势场法的消防移动机器人路径规划方法及系统
本申请属于移动机器人路径规划
，具体涉及一种基于改进人工势场法的消防移动机器人路径规划方法及系统。
技术介绍
随着机器人技术的高速发展以及“智慧消防”政策的大力推动，消防移动机器人在火灾救援中扮演着越来越重要的角色。目前，市面上常见的消防移动机器人都是基于人工操作的方式执行灭火救灾工作，自主化程度较低，这限制了消防移动机器人的推广。因此，新一代智能消防移动机器人成为新的发展趋势。智能消防移动机器人能实现自主巡逻、火灾预警、自主识别火灾和灭火等功能，从而最大限度保障人员和财产损失。其中，自主导航和路径规划技术是自主运行的根本。路径规划要求在一种有障碍物的工作环境中，根据传感器及其给予的指令，按照某些指标要求，搜索一条能安全绕过所有障碍物的从起始点到目标点的最优或次优无碰撞路径。目前路径规划常用的方法有人工势场法、A*算法、神经网络算法、遗传算法和蚁群算法等。上述算法存在模型复杂、计算量大和收敛速度慢等问题不太适合运用到消防移动机器人上。人工势场法有模型简单、计算量小和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于改进人工势场法的消防移动机器人路径规划方法，其特征在于，所述基于改进人工势场法的消防移动机器人路径规划方法，包括：/n步骤S1、获取火灾的坐标点作为火灾点；/n步骤S2、获取距离火灾点在预设范围内的消防移动机器人的坐标点，并统计获取的消防移动机器人的总数量；/n步骤S3、根据获取的消防移动机器人的总数量和火灾点设置目标点，并建立目标点和消防移动机器人之间的对应关系；/n步骤S4、读取预存的环境信息，采用改进人工势场法计算消防移动机器人对应的合力，包括：/n步骤S41、读取预存的环境信息，统计障碍物的坐标集合；/n步骤S42、根据障碍物的坐标集合建立引力场U

【技术特征摘要】
1.一种基于改进人工势场法的消防移动机器人路径规划方法，其特征在于，所述基于改进人工势场法的消防移动机器人路径规划方法，包括：
步骤S1、获取火灾的坐标点作为火灾点；
步骤S2、获取距离火灾点在预设范围内的消防移动机器人的坐标点，并统计获取的消防移动机器人的总数量；
步骤S3、根据获取的消防移动机器人的总数量和火灾点设置目标点，并建立目标点和消防移动机器人之间的对应关系；
步骤S4、读取预存的环境信息，采用改进人工势场法计算消防移动机器人对应的合力，包括：
步骤S41、读取预存的环境信息，统计障碍物的坐标集合；
步骤S42、根据障碍物的坐标集合建立引力场Uatt(q)和斥力场Urep(q)的势场函数；
步骤S43、将势场函数的负梯度定义为人工力，引力Fatt(q)为引力场Uatt(q)的负梯度，斥力Frep(q)为斥力场Urep(q)的负梯度；
步骤S44、建立火灾点对消防移动机器人的斥力场Urepd(q)和斥力Frepd(q)；
步骤S45、建立消防移动机器人之间的斥力场Urepr(q)和斥力Frepr(q)；
步骤S46、计算合力场U(q)和合力F(q)为：






其中，n为障碍物的总个数，N为获取的消防移动机器人的总数量；
步骤S5、判断消防移动机器人是否陷入局部极小点，若陷入局部极小点则采用模拟退火算法逃离局部极小点，然后执行步骤S4；否则直接执行步骤S6；
步骤S6、将计算得到的合力F(q)发送至对应的消防移动机器人，供对应的消防移动机器人根据该合力F(q)运动，判断运动后的消防移动机器人是否达到对应的目标点，若已达到目标点则执行灭火作业；否则重新执行步骤S4。


2.如权利要求1所述的基于改进人工势场法的消防移动机器人路径规划方法，其特征在于，所述根据获取的消防移动机器人的总数量和火灾点设置目标点，并建立目标点和消防移动机器人之间的对应关系，包括：
步骤S31、设定消防移动机器人的最佳灭火距离R；
步骤S32、根据以下公式设置目标点：
qf＝(qf1，qf2，…，qfi，…，qfN)
qfi＝(xfi，yfi)
xfi＝xd+Rcos[(i-1)2π/N]
yfi＝yd+Rsin[(i-1)2π/N]
其中，N为获取的消防移动机器人的总数量，qfi表示第i个目标点的坐标，xfi表示第i个目标点的横坐标；yfi表示第i个目标点的纵坐标，xd表示火灾点的横坐标，yd表示火灾点的纵坐标；
步骤S33、按照距离就近原则，建立目标点和消防移动机器人之间一对一的对应关系。


3.如权利要求2所述的基于改进人工势场法的消防移动机器人路径规划方法，其特征在于，所述读取预存的环境信息，统计障碍物的坐标集合，包括：
读取预存的环境信息，将环境信息中的障碍物坐标放入矩阵O，得到障碍物的坐标集合如下：
O＝[qo1qo2qo3…]2×n
qom＝[xomyom]T，m＝1，2，3…
其中，矩阵O表示障碍物的坐标集合，qom表示第m个障碍物的坐标，xom表示第m个障碍物的横坐标，yom表示第m个障碍物的纵坐标。


4.如权利要求3所述的基于改进人工势场法的消防移动机器人路径规划方法，其特征在于，所述根据障碍物的坐标集合建立引力场Uatt(q)和斥力场Urep(q)的势场函数，包括：






其中，Katt为引力增益常数，q为第i个消防移动机器人当前的坐标点，qfi为与第i个消防移动机器人对应的第i个目标点的坐标，ρobs(q)表示第i个消防移动机器人与障碍物之间的距离，表示为ρobs(q)＝||qon-q||，Krep为斥力增益常数，ρ0为预设的最大影响距离；
并且引力Fatt(q)和斥力Frep(q)的表达式如下：






其中，引力Fatt(q)为引力场Uatt(q)的负梯度，斥力Frep(q)为斥力场Urep(q)的负梯度。


5.如权利要求1所述的基于改进人工势场法的消防移动机器人路径规划方法，其特征在于，建立火灾点对...

【专利技术属性】
技术研发人员：董辉，董浩，袁登鹏，吴祥，吴宇航，田叮，夏启剑，童涛，钱学成，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33