一种盲人避障路径规划方法技术

本发明专利技术公开了一种盲人避障路径规划方法，先建立三维信息栅格地图，然后确定起点、终点，并建立启发函数，在启发函数中引入跨越代价和转弯代价，同时建立引力势场和斥力势场，利用引力势场和斥力势场对启发函数加权，最后使用启发函数进行路径规划，得到盲人避障路径。本发明专利技术公开的盲人路径规划方法，可有效克服现有规划算法无法解决跨越问题的缺陷，并有效减少跨越现象和拐弯现象，同时最大程度上避免了规划路径与障碍物距离过近问题，充分满足盲人的避障需求。避障需求。避障需求。

【技术实现步骤摘要】
一种盲人避障路径规划方法


[0001]本专利技术涉及导盲技术
，更具体的说是涉及一种盲人避障路径规划方法。

技术介绍

[0002]在科技高速发展的今天，进一步关注如何用智能系统及算法来满足盲人在出行过程中的需求，具有十分重大的意义。在盲人出行过程中，最重要的就是如何避开障碍物，然而目前的避障技术大都是应用于无人机和无人车中，对于盲人避障问题研究较少。无人机和无人车规划路径需要尽可能平滑，通过驱动控制来实时改变姿态，而对于盲人而言，越平滑就预示着避障信息越多，实时改变姿态复杂不适用于盲人。
[0003]在盲人避障路径规划中，保证盲人避障安全是首要问题，由于盲人视觉信息缺失，故在进行引导时，尽量需要避开狭窄区域并减小转弯次数，且需要在遇到台阶时能够顺利规划路径。A
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Star算法虽然是一种静态路网中求解最短路径最有效的直接搜索方法，也是当前效果较好的避障规划算法，但对于盲人进行步行路径规划时，由于没有考虑到盲人的实际情况，使得算法的输出结果并不适用于盲人避障。
[0004]因此，如何设计一种专用于盲人的避障路径规划方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术针对现有避障算法不能满足盲人避障要求的缺陷，提供了一种盲人避障路径规划方法，该方法综合考虑台阶等跨越问题、转弯问题以及狭窄区域问题，最大程度的满足了盲人的避障需求。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种盲人避障路径规划方法，包括如下步骤：
[0008]S1、获取场景三维信息，经筛选、填充后，建立三维信息栅格地图；
[0009]S2、在所述栅格地图上确定路径起点和终点，所述路径中搜索的代价值最小点为父节点，所述父节点周围八方向邻域为子节点；
[0010]S3、根据所述起点、所述终点、所述父节点以及所述子节点建立启发函数；
[0011]所述启发函数包括所述起点到所述子节点的实际代价值，以及所述子节点到所述终点的预估代价值；
[0012]所述起点到所述子节点的实际代价值包括：所述起点到所述父节点的移动代价和所述父节点到所述子节点的代价值，所述父节点到所述子节点的代价值包括：所述父节点到所述子节点的基础行走代价，所述父节点到所述子节点的跨越代价以及所述父节点到所述子节点的转弯代价；
[0013]根据人工势场法，计算所述子节点归一化后的引力势场和斥力势场，并利用所述引力势场对所述子节点到所述终点的预估代价值进行加权，利用所述斥力势场对所述父节点到所述子节点的代价值进行加权，得到加权后的启发函数；
[0014]S4、根据所述加权后的启发函数遍历出所述路径中的多个所述父节点，遍历到终点时结束，根据遍历出的所述父节点得到盲人避障路径。
[0015]优选的，利用双目立体视觉获取所述场景三维信息；
[0016]优选的，所述子节点到所述终点的预估代价值为所述子节点到所述终点的欧几里得距离；
[0017]优选的，所述父节点到所述子节点的跨越代价设为自由区域代价的n倍，当无法绕过或绕过代价超过n倍自由区域代价时，选择跨越；
[0018]优选的，判断所述子节点、所述父节点以及所述父节点的父节点是否在一条直线上，若是，将所述转弯代价置为0，若否，加入设定的转弯代价值；
[0019]优选的，
[0020]所述子节点归一化后的
[0021]其中，所述引力势场最大值为所述起点到所述终点之间的引力势场；
[0022]优选的，所述子节点的引力势场值为引力增益系数与当前子节点与终点之间的距离的乘积，所述引力增益系数根据需求定义；
[0023]优选的，
[0024]所述子节点归一化后的
[0025][0026]其中，所述斥力势场最大值为两个相邻栅格点之间斥力势场的2倍；
[0027]优选的，所述子节点的斥力势场值为斥力增益系数与当前子节点与障碍物之间的距离的乘积；
[0028]所述子节点与障碍物之间的距离通过将所述障碍物对所述子节点产生的斥力势场方向向量进行叠加得到合斥力势场后取模获得；
[0029]优选的，当所述父节点前进方向的子节点左右均紧邻障碍物时，将所述子节点的斥力势场值设为斥力势场最大值。
[0030]经由上述的技术方案可知，本专利技术公开了一种盲人避障路径规划方法，与现有技术相比，本专利技术在启发函数中加入跨越代价、转弯代价，使得规划的路径尽可能减少跨越、减少转弯，充分解决了现有技术中无法解决跨越、拐弯问题的缺陷，方便了盲人实际出行，对于与障碍物距离过近问题，引入人工势场法，建立引力势场和斥力势场，对启发函数进行加权，最大程度上避免了规划路径与障碍物距离过近问题，满足了盲人的避障需求；
[0031]本专利技术的另一有效果在于，本专利技术获取场景三维信息，经筛选、填充后，建立的三维信息栅格地图，可区别出障碍物和可跨越障碍物，从而为后续路径规划提供了基础。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0033]图1附图为本专利技术避障路径规划方法的框图示意图；
[0034]图2附图为本专利技术避障路径规划方法中建立的三维信息栅格地图；
[0035]图3附图为本专利技术避障路径规划方法中跨越问题算法流程图；
[0036]图4附图为本专利技术避障路径规划方法中引入跨越代价后的路径示意图；
[0037]图5附图为本专利技术避障路径规划方法中转弯问题算法流程图；
[0038]图6附图为本专利技术避障路径规划方法中引入转弯代价后的路径示意图；
[0039]图7附图为本专利技术避障路径规划方法中狭窄区域问题算法流程；
[0040]图8附图为本专利技术避障路径规划方法的引入狭窄区域算法后的路径示意图。
具体实施方式
[0041]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0042]本专利技术实施例公开了一种盲人避障路径规划方法，主要包括如下步骤：
[0043]S1、获取场景三维信息，经筛选、填充后，建立三维信息栅格地图；
[0044]S2、在栅格地图上确定路径起点和终点，在路径中搜索的代价值最小点为父节点，父节点周围八方向邻域为子节点；
[0045]S3、根据起点、终点、父节点以及子节点建立启发函数，
[0046]启发函数包括起点到子节点的实际代价值，以及子节点到终点的预估代价值；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种盲人避障路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、获取场景三维信息，经筛选、填充后，建立三维信息栅格地图；S2、在所述栅格地图上确定路径起点和终点，所述路径中搜索的代价值最小点为父节点，所述父节点周围八方向邻域为子节点；S3、根据所述起点、所述终点、所述父节点以及所述子节点建立启发函数；所述启发函数包括所述起点到所述子节点的实际代价值，以及所述子节点到所述终点的预估代价值；所述起点到所述子节点的实际代价值包括：所述起点到所述父节点的移动代价和所述父节点到所述子节点的代价，所述父节点到所述子节点的代价包括：所述父节点到所述子节点的基础行走代价，所述父节点到所述子节点的跨越代价以及所述父节点到所述子节点的转弯代价；根据人工势场法，计算所述子节点归一化后的引力势场和斥力势场，并利用所述引力势场对所述子节点到所述终点的预估代价值进行加权，利用所述斥力势场对所述父节点到所述子节点的代价值进行加权，得到加权后的启发函数；S4、根据所述加权后的启发函数遍历出所述路径中的多个所述父节点，遍历到终点时结束，根据遍历出的所述父节点得到盲人避障路径。2.根据权利要求1所述的一种盲人避障路径规划方法，其特征在于，利用双目立体视觉获取所述场景三维信息。3.根据权利要求1所述的一种盲人避障路径规划方法，其特征在于，所述子节点到所述终点的预估代价值为所述子节点到所述终点的欧几里得距离。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：陈智利，牛恒，杨利红，张媛，王少强，张润禄，唐汇诗，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：