用于移动机器人的路径规划方法、装置及计算机存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于移动机器人的路径规划方法、装置及计算机存储介质。本发明专利技术的用于移动机器人的路径规划方法，采用了两处双向采样的策略，生成四棵搜索树，利用四棵搜索树同时搜索，缩短了路径规划时间，提高了路径规划效率；在搜索树拓展节点时，利用障碍物产生的斥力场对采样点的生成进行约束，使采样点的生成具有方向性，使得采样点远离障碍物，同时对障碍物进行了膨胀化处理，避免了生成的路径紧贴障碍物；此外，采用梯度下降的优化策略对生成的路径进行平滑优化处理，使路径更符合移动机器人的动力模型，进而使机器人运动更平稳。稳。稳。

【技术实现步骤摘要】
用于移动机器人的路径规划方法、装置及计算机存储介质


[0001]本专利技术涉及机器人
，尤其涉及一种用于移动机器人的路径规划方法、装置及计算机存储介质。

技术介绍

[0002]由于移动机器人具有自主运行、移动灵活等特点，所以在国防科技、生活服务、生产建设等重要领域具有广阔的开发利用前景。随着移动机器人不断被普及应用，移动机器人的路径规划算法成为移动机器人的关键技术之一。
[0003]随着移动机器人的应用领域越来越广泛，传统单一的A*、RRT*等路径规划算法存在寻找最优路径的效果不佳、路径搜索速度慢、路径不平滑的技术问题，已难以适用于复杂多变的环境。另外，基于智能算法的路径规划算法虽然寻优效果有所提升，但效率较低，极易陷入局部最优。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种用于移动机器人的路径规划方法、装置及计算机存储介质，解决传统路径规划方法存在的路径搜索速度慢、路径不平滑的技术问题，提高搜索效率。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下所述的技术方案：
[0006]一种用于移动机器人的路径规划方法，其包括有如下步骤：获取移动机器人的初始位置、目标位置、位于初始位置与目标位置之间的中间位置以及障碍物信息；以初始位置、中间位置分别作为根节点构建两棵搜索树T1、T3相向搜索，以目标位置、中间位置分别作为根节点构建两棵搜索树T2、T4相向搜索；基于预设的节点拓展策略为四棵搜索树拓展新节点；重复前一步骤，直至搜索树T1与搜索树T3相连且搜索树T2与搜索树T4相连，生成从初始位置到目标位置的路径；通过梯度下降优化策略对前一步骤规划所得的路径进行平滑处理，获得适合移动机器人的最佳运动路径。
[0007]一种用于移动机器人的路径规划装置，其包括有数据获取模块、搜索树构建模块、搜索树扩展模块、路径生成模块和路径平滑模块，数据获取模块用于获取移动机器人的初始位置、目标位置、位于初始位置与目标位置之间的中间位置以及障碍物信息；搜索树构建模块用于以初始位置、中间位置分别作为根节点构建两棵搜索树T1、T3，以及用于以目标位置、中间位置分别作为根节点构建两棵搜索树T2、T4，其中，搜索树T1、T3相向搜索，搜索树T2、T4相向搜索；搜索树扩展模块用于基于预设的节点拓展策略为四棵搜索树拓展新节点；路径生成模块用于当搜索树T1与搜索树T3相连且搜索树T2与搜索树T4相连时，生成从初始位置到目标位置的路径；路径平滑模块用于通过梯度下降优化策略对路径生成模块生成的路径进行平滑处理，获得适合移动机器人的最佳运动路径。
[0008]一种计算机存储介质，其内部存储有程序指令，所述程序指令被处理器执行时实现上述的用于移动机器人的路径规划方法。
[0009]本专利技术的有益技术效果在于：上述的用于移动机器人的路径规划方法，采用了两处双向采样的策略，生成四棵搜索树，利用四棵搜索树同时搜索，缩短了路径规划时间，提高了路径规划效率；此外，采用梯度下降的优化策略对生成的路径进行平滑优化处理，使路径更符合移动机器人的动力模型，进而使机器人运动更平稳。
附图说明
[0010]图1为本专利技术的用于移动机器人的路径规划方法的流程示意图；
[0011]图2为本专利技术的基于预设的节点拓展策略为四棵搜索树拓展新节点步骤的流程示意图；
[0012]图3为本专利技术的用于移动机器人的路径规划装置的结构示意图；
[0013]图4为本专利技术的搜索树扩展模块的结构示意图。
具体实施方式
[0014]为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解本专利技术的目的、技术方案和优点，以下结合附图和实施例对本专利技术做进一步的阐述。
[0015]如图1所示，在本专利技术一个实施例中，用于移动机器人的路径规划方法包括有如下步骤：
[0016]S110、获取移动机器人的初始位置、目标位置、位于初始位置与目标位置之间的中间位置以及障碍物信息。
[0017]S120、以初始位置、中间位置分别作为根节点构建两棵搜索树T1、T3相向搜索，以目标位置、中间位置分别作为根节点构建两棵搜索树T2、T4相向搜索。
[0018]S130、基于预设的节点拓展策略为四棵搜索树拓展新节点。
[0019]S140、判断是否搜索树T1与搜索树T3相连且搜索树T2与搜索树T4相连，若是，执行步骤S150，若否，返回步骤S130。
[0020]S150、生成从初始位置到目标位置的路径。
[0021]S160、通过梯度下降优化策略对步骤S150规划所得的路径进行平滑处理，获得适合移动机器人的最佳运动路径。
[0022]所述步骤S110包括：通过移动机器人的激光雷达传感器采集移动机器人工作环境信息；建立栅格地图；基于移动机器人工作环境信息，在栅格地图上确定移动机器人的初始位置X
start
、目标位置X
goal
、中间位置X
mid
以及障碍物信息。
[0023]其中，所述中间位置X
mid
位于初始位置X
start
和目标位置X
goal
之间，且中间位置X
mid
到初始位置X
start
的距离和中间位置X
mid
到初始位置X
start
的距离相等。
[0024]若初始位置X
start
和目标位置X
goal
的连线中点处无障碍物，则取初始位置X
start
和目标位置X
goal
的连线中点为所述中间位置X
mid
；若初始位置X
start
和目标位置X
goal
的连线中点处存在障碍物，则将初始位置X
start
和目标位置X
goal
的连线中点沿与初始位置X
start
和目标位置X
goal
的连线垂直的方向平移若干个单位距离后作为所述中间位置X
mid
。在平移初始位置X
start
和目标位置X
goal
的连线中点时，可以沿初始位置X
start
和目标位置X
goal
的连线垂直的方向朝初始位置X
start
和目标位置X
goal
的连线的任意一侧平移，直至离开障碍物。
[0025]在一些优选实施例中，将初始位置X
start
和目标位置X
goal
的连线中点朝初始位置
X
start
和目标位置X
goal
的连线的第一侧平移至离开障碍物，需要平移a个单位距离，将初始位置X
start
和目标位置X
goal
的连线中点朝初始位置X
start
和目标位置X
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于移动机器人的路径规划方法，其特征在于，所述用于移动机器人的路径规划方法包括有如下步骤：S10、获取移动机器人的初始位置、目标位置、位于初始位置与目标位置之间的中间位置以及障碍物信息；S20、以初始位置、中间位置分别作为根节点构建两棵搜索树T1、T3相向搜索，以目标位置、中间位置分别作为根节点构建两棵搜索树T2、T4相向搜索；S30、基于预设的节点拓展策略为四棵搜索树拓展新节点；S40、重复步骤S30，直至搜索树T1与搜索树T3相连且搜索树T2与搜索树T4相连，生成从初始位置到目标位置的路径；S50、通过梯度下降优化策略对步骤S40规划所得的路径进行平滑处理，获得适合移动机器人的最佳运动路径。2.如权利要求1所述的用于移动机器人的路径规划方法，其特征在于，若初始位置和目标位置的连线中点处无障碍物，则取初始位置和目标位置的连线中点为所述中间位置；若初始位置和目标位置的连线中点处存在障碍物，则将初始位置和目标位置的连线中点沿与初始位置和目标位置的连线垂直的方向平移若干个单位距离后作为所述中间位置。3.如权利要求1所述的用于移动机器人的路径规划方法，其特征在于，所述步骤S30进一步包括有步骤：S31、对障碍物进行膨胀化处理，基于膨胀后的障碍物在地图上标记出障碍区域和无障碍区域；S32、在障碍物上施加一个斥力场对随机采样点进行约束，在无障碍区域内生成随机采样点X
rand
；S33、在搜索树的区域范围内寻找与随机采样点距离最近的最近节点X
nearest
；S34、判断随机采样点X
rand
和最近节点X
nearest
的连线是否与障碍区域接触，若否，则在随机采样点X
rand
和最近节点X
nearest
连线上选取一个节点作为新节点X
new
插入搜索树，若是，则返回步骤S32；S35、基于预设的重连策略对新节点X
new
及新节点X
new
邻域范围内的所有节点X
i
进行重连。4.如权利要求3所述的用于移动机器人的路径规划方法，其特征在于，所述步骤S35进一步包括有步骤：遍历新节点X
new
邻域范围内的所有节点X
i
，令代价值之和最小的节点X
i
为最小代价值节点X
min
，所述代价值之和表示为C||X
new
‑
X
i
||+C||X
i
‑
X
base
||，其中，X
base
表示搜索树根节点的坐标，||X
new
‑
X
i
||表示节点X
i
到新节点X
new
的欧式距离，||X
i
‑
X
base
||表示节点X
i
到搜索树根节点的欧式距离；判断最小代价值节点X
min
与新节点X
new
的连线与障碍区域是否发生碰撞，若否，则将新节点X
new
与其原父节点断开连接，以最小代价值节点X
min
作为新节点X
new
的父节点进行重连，若是，则保持新节点X
new
原有的连接关系；对于新节点X
new
邻域范围内除最小代价值节点X
min
外的所有节点X
i
，若C||X
new
‑
X
base
||+C||X
i
‑
X
new
||＜C||X
i
‑
X
base
||，且节点X
i
与新节点X
new
的连线与障...

【专利技术属性】
技术研发人员：马正伟，邱海伦，
申请(专利权)人：深圳技术大学，
类型：发明
国别省市：