一种基于激光雷达的路径搜索方法技术

一种基于激光雷达的路径搜索方法，设定中心线，中心线的方向从起点指向终点，在该方向上激光雷达搜索障碍物，将扫描到障碍物在中心线两侧的激光雷达反射光线距离突变的点,或将有障碍物和无障碍物的临界点设定为搜索点，选取与中心线距离较近的搜索点作为一级预选点，当搜索点到中心线距离相等时，则任意选取一个搜索点作为一级预选点；激光雷达机器人沿着激光路线到达一级预选点，再按照同样的方法在一级预选点搜索二级预选点；以此类推，每次选取与中心线距离较近的搜索点作为下一级预选点，直到找到目标点；如此，每一级预选点的连线就形成了一条最短路径，同时机器人也沿着这条最优路径到达目标位置。本发明专利技术可以节约成本，也更具有实时性。更具有实时性。更具有实时性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光雷达的路径搜索方法


[0001]本专利技术涉及机器人的路径规划
，具体涉及一种基于激光雷达的路径搜索方法。

技术介绍

[0002]激光雷达是一种工作在从红外到紫外光谱段的雷达系统,其原理和构造与激光测距仪极为相似，因此激光雷达测距功能广泛应用于无人机、AGV等移动机器人上采取环境信息。激光雷达兼具测距远、角度分辨率优、受环境光照影响小的特点，可直接获得物体的距离和方位信息。
[0003]移动机器人的路径规划技术可包括环境信息完全已知的全局路径规划和环境信息部分已知的局部路径规划。传统的路径规划方法主要有A
*
方法、Dijkstra方法、D方法、人工势场法,基于采样的路径规划方法有PRM方法、RRT方法。特别是人工势场法是较为传统的局部规划方法，根据传感器实时感知周围的障碍物得到与障碍物之间的位置信息，通过人工势场模型得到虚拟力。通过目标点之间的引力和障碍物的斥力共同作用，从而完成规划。因其良好的避障能力和简单的数学表达，则经常被用于移动机器人路径规划中。
[0004]然而传统势场也会存在一些固有的缺点，如这些方法在路径规划前都要构建地图，给路径规划增加了复杂性。

技术实现思路

[0005]针对上述的技术问题，本技术方案提供了一种基于激光雷达的路径搜索方法，无需机器人提前构建地图，可以节约成本，也更具有实时性；能有效的解决上述问题。
[0006]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0007]一种基于激光雷达的路径搜索方法，设定：起点和终点的连线为中心线，中心线的方向从起点指向终点；
[0008]步骤一：在中心线的方向上，激光雷达发出激光，搜索中心线的方向是否有障碍物；
[0009]步骤二：判定中心线的方向上是否存在障碍物：
[0010]a.将没有接收到反射光线的区域视为无障碍物，或者将接收到反射光线的距离比到目标位置距离长的视为无障碍物；进入步骤三；
[0011]b.将激光雷达可以接收到反射光线的区域视为有障碍物，或者将接收到反射光线的距离比到目标位置距离短的视为有障碍物；进入步骤四；
[0012]步骤三：无障碍物时，机器人沿着中心线到达终点，操作完成；
[0013]步骤四：有障碍物时，激光雷达在起点位置，沿着中心线方向选取一级搜索点中的一个搜索点作为一级预选点，激光雷达机器人沿着激光路线到达一级预选点；
[0014]步骤五：在一级预选点的位置，激光雷达机器人沿着中心线的方向选取二级预选点，激光雷达机器人沿着激光路线到达二级预选点；
[0015]步骤六：到达二级预选点后，在二级预选点的位置选取下一级预选点，以此类推，每次选取与中心线距离较近的搜索点作为下一级预选点，直到找到目标点；
[0016]步骤七：每一级预选点的连线形成一条最优路径，同时机器人也沿着这条最优路径到达终点，操作完成。
[0017]进一步的，步骤四所述的选取一级搜索点中的一个搜索点作为一级预选点的具体操作方式为：激光雷达沿中心线方向扫描到障碍物后，激光雷达逆时针旋转扫描障碍物，发现反射光线距离突变程度大于障碍物在中心线方向尺度的位置为障碍物边缘的搜索点，找到障碍物最左和最右侧的两个搜索点；将与起点距离最近的障碍物两个搜索点视为一级搜索点。
[0018]进一步的，步骤四所述的选取一级搜索点中的一个搜索点作为一级预选点的具体操作方式为：将扫描到障碍物和没有障碍物的临界点，或障碍物在中心线两侧的激光雷达反射光线距离突变的点确定为障碍物的左右两端，将障碍物左右两端的端点视为一级搜索点，选取与中心线距离较近的一级搜索点作为一级预选点；或者，当两个一级搜索点到中心线距离相等时，则任意选取一个一级搜索点作为一级预选点。
[0019]进一步的，根据所述激光雷达在起始点扫描到的距离信息和角度信息，选取与中心线距离较近的一级搜索点作为一级预选点，一级预选点的确定方式为：
[0020]一级搜索点M与起点A的距离L
AM
到中心线的距离：
[0021]L
M
＝L
AM
·
sinθ
M
；
[0022]一级搜索点N与起点A的距离L
AN
到中心线的距离：
[0023]L
N
＝L
AN
·
sinθ
N
；
[0024]选取与中心线较近的搜索点作为一级预选点：
[0025]L1＝min (L
M
,L
N
)；
[0026]其中，L
AM
为激光雷达测得搜索点M到起点A的距离；
[0027]L
AN
为激光雷达测得搜索点N到起点A的距离；
[0028]θ
M
为搜索点M与起点的连线AM与中心线方向的夹角；
[0029]θ
N
为搜索点N与起点的连线AN与中心线方向的夹角；
[0030]选择距离中心线更近的一级搜索点为一级预选点，也就是机器人经过一级预选点到达目标点时路径更短。
[0031]进一步的，步骤五所述的选取二级预选点的具体操作方式为：在一级预选点的位置搜索二级搜索点，激光雷达沿着中心线方向搜索到下一个障碍物，将下一个障碍物左右两端的端点视为二级搜索点，测得一级预选点到两个二级搜索点的距离，再计算出两个二级搜索点到中心线的距离，选取与中心线距离较近的搜索点作为二级预选点；或者，当两个二级搜索点到中心线距离相等时，则选取与机器人当前位置在中心线同侧的搜索点为下一级预选点。
[0032]进一步的，根据所述激光雷达在一级预选点扫描到的距离信息和角度信息，选取与中心线距离较近的二级搜索点作为二级预选点，二级预选点的确定方式为：
[0033]假设一级预选点为点N，点P和点Q均为二级搜索点，则搜索点P到中心线的距离：
[0034]L
P
＝L
NP
·
sinθ
P
‑
L
N
；
[0035]搜索点Q到中心线的距离：
[0036]L
Q
＝L
NQ
·
sinθ
Q
+L
N
；
[0037]选取与中心线较近的搜索点作为二级预选点：
[0038]L2＝min(L
P
,L
Q
)；
[0039]其中，L
NP
为激光雷达测得一级预选点N到搜索点P的距离；
[0040]L
NQ
为激光雷达测得一级预选点N到搜索点Q的距离；
[0041]θ
P
为NP与中心线方向的夹角；
[0042]θ
Q
为NQ与中心线方向的夹角；
[0043]选择距离中心线更近的二级搜索点为二级预选点，也本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光雷达的路径搜索方法，其特征在于：设定：起点和终点的连线为中心线，中心线的方向从起点指向终点；步骤一：在中心线的方向上，激光雷达发出激光，搜索中心线的方向是否有障碍物；步骤二：判定中心线的方向上是否存在障碍物：a.将没有接收到反射光线的区域视为无障碍物，或者将接收到反射光线的距离比到目标位置距离长的视为无障碍物；进入步骤三；b.将激光雷达可以接收到反射光线的区域视为有障碍物，或者将接收到反射光线的距离比到目标位置距离短的视为有障碍物；进入步骤四；步骤三：无障碍物时，机器人沿着中心线到达终点，操作完成；步骤四：有障碍物时，激光雷达在起点位置，沿着中心线方向选取一级搜索点中的一个搜索点作为一级预选点，激光雷达机器人沿着激光路线到达一级预选点；步骤五：在一级预选点的位置，激光雷达机器人沿着中心线的方向选取二级预选点，激光雷达机器人沿着激光路线到达二级预选点；步骤六：到达二级预选点后，在二级预选点的位置选取下一级预选点，以此类推，每次选取与中心线距离较近的搜索点作为下一级预选点，直到找到目标点；步骤七：每一级预选点的连线形成一条最优路径，同时机器人也沿着这条最优路径到达终点，操作完成。2.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达的路径搜索方法，其特征在于：步骤四所述的选取一级搜索点中的一个搜索点作为一级预选点的具体操作方式为：激光雷达沿中心线方向扫描到障碍物后，激光雷达逆时针旋转扫描障碍物，发现反射光线距离突变程度大于障碍物在中心线方向尺度的位置为障碍物边缘的搜索点，找到障碍物最左和最右侧的两个搜索点；将与起点距离最近的障碍物两个搜索点视为一级搜索点。3.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达的路径搜索方法，其特征在于：步骤四所述的选取一级搜索点中的一个搜索点作为一级预选点的具体操作方式为：将扫描到障碍物和没有障碍物的临界点，或障碍物在中心线两侧的激光雷达反射光线距离突变的点确定为障碍物的左右两端，将障碍物左右两端的端点视为一级搜索点，选取与中心线距离较近的一级搜索点作为一级预选点；或者，当两个一级搜索点到中心线距离相等时，则任意选取一个一级搜索点作为一级预选点。4.根据权利要求1或2或3所述的一种基于激光雷达的路径搜索方法，其特征在于：根据所述激光雷达在起始点扫描到的距离信息和角度信息，选取与中心线距离较近的一级搜索点作为一级预选点，一级预选点的确定方式为：一级搜索点M与起点A的距离L
AM
到中心线的距离：L
M
＝L
AM
·
sinθ
M
；一级搜索点N与起点A的距离L
AN
到中心线的距离：L
N
＝L
AN
·
sinθ
N
；选取与中心线较近的搜索点作为一级预选点：L1＝min(L
M
,L
N
)；其中，L
AM
为激光雷达测得搜索点M到起点A的距离；L
AN
为激光雷达测得搜索点N到起点A的距离；
θ

【专利技术属性】
技术研发人员：陈先延，范媛媛，桑英军，杨艳，张铭，张涛，鲁庆，王业琴，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：