基于三级通信与正反拓展搜索策略的新型路径规划方法技术

本发明专利技术涉及一种基于三级通信与正反拓展搜索策略的新型路径规划方法，首先对工厂的各区域进行划分并布置传感器；接着通过传感器对小车的各项参数进行采集，并将采集到的信息发送到主控平台上；主控平台通过对采集到的信息进行分析，判断前进路径是否存在障碍物威胁，从而决定是否调整小车的前进路径；当需要对小车的前进路径进行调整时，主控平台采用正反拓展搜索算法对小车的前进路径进行规划，以获得规划路径；重复上述步骤，得到多条规划路径；最后通过构建综合评价函数来对得到的多条规划路径进行评价，选取评价最高的规划路径作为最优路径。优路径。优路径。

【技术实现步骤摘要】
基于三级通信与正反拓展搜索策略的新型路径规划方法


[0001]本专利技术涉及一种路径规划方法，具体涉及一种基于三级通信与正反拓展搜索策略的新型路径规划方法。

技术介绍

[0002]随着工业4.0和人工智能的到来，自动导向搬运小车在仓储物流、生产制造等领域得到了广泛的应用。作为物流仓储的重要设备，自动导向搬运小车的路径规划能力决定了仓库的运作效率，因此，合理的路径规划对自动导向搬运小车非常重要。目前被广泛应用的算法如A*算法、Dijkstra算法、人工势场法、遗传算法、粒子群算法、蚁群算法等，虽然具有良好的并行性和鲁棒性，但也存在一些缺陷，如全局搜索效率低、收敛速度慢、易陷入局部最优等问题。而传统的启发式搜索算法是从起始点向目标点进行单向搜索，最终获得最小成本路径。然而，规划的路径也存在一些问题，如OpenList存在过多与生成路径无关的节点，环境比较复杂时，存在不断往返搜索的现象，且规划的路径存在多余点和不必要的转折点。这些因素会造成传统的启发式搜索算法在大面积路径规划过程中计算量大，内存消耗严重以及效率低、路径不平滑、规划的路径、避障效果差、扩展的节点过多、路径搜索方向的局限性等问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于三级通信与正反拓展搜索策略的新型路径规划方法，所述新型路径规划方法在已知的环境模型中基于正反拓展搜索算法进行全局静态路径规划，削减了自动导向搬运小车在二维平面每次搜索节点的数目，有效避免了大量无效点的选取，达到降低计算开销和使用内存的目的；同时动态调整启发函数的权值，提高了搜索效率；并且改进了特殊节点的搜索方案，并利用B样条曲线对路径规划中出现的拐点进行平滑化处理，进一步减短路径长度；对自动导向搬运小车的速度、偏转角设置约束，并通过评价函数选取最优路径以及小车的属性，实时调整最短避障路径。
[0004]本专利技术解决上述技术问题的技术方案是：
[0005]一种基于三级通信与正反拓展搜索策略的新型路径规划方法，包括以下步骤：
[0006]S1、对工厂的各区域进行划分并布置传感器；
[0007]S2、通过传感器对小车的各项参数进行采集，并将采集到的信息发送到主控平台上；
[0008]S3、主控平台通过对采集到的信息进行分析，判断前进路径是否存在障碍物威胁，从而决定是否调整小车的前进路径；当需要对小车的前进路径进行调整时，主控平台采用正反拓展搜索算法对小车的前进路径进行规划，以获得规划路径；
[0009]S4、重复步骤S2和步骤S3，得到多条规划路径；
[0010]S5、通过构建综合评价函数来对得到的多条规划路径进行评价，选取评价最高的规划路径作为最优路径。
[0011]优选的，在步骤S1中，所述参数包括但不限于小车在不同区域的位置、行驶速度。
[0012]优选的，在步骤S3中，当传感器反馈前方有障碍物时，则在当前位置再次为小车进行局部路径的调整，实现局部避障；同时所述传感器应当实时传送小车的位置信息，并在主控平台上以图标的形式呈现，以方便监控小车的工作情况，出现问题能够及时调整。
[0013]优选的，在步骤S3中，所述的主控平台采用正反拓展搜索算法对小车的前进路径进行规划，包括以下步骤：
[0014]S31、削减传统的启发式搜索算法的搜索节点数，将传统的启发式搜索算法的节点扩展由原来的以节点为中心的九宫格中除当前节点之外的八个节点削减到五个节点；
[0015]S32、在传统的启发式搜索算法正向和反向的节点的扩展过程中，分别将对向的最小代价点视为本搜索方向的目标点进行扩展，并引入最优轨迹权重函数λ
j*
，建立所示的代价评估函数：
[0016][0017]式中：f1(n)为起始点到目标点扩展节点的代价函数；f2(n)为目标点到起始点扩展节点的代价函数；g1(n)为起始点到节点n的实际代价值，g2(n)为目标点到节点n的实际代价值；h1(n)为节点n到目标点的距离估计代价值，h2(n)为节点n到起始点的距离估计代价值；j为常数，且(j＝1，2)；
[0018]其中，
[0019][0020]式中，σ1、σ2分别为正反搜索过程中的当前节点与对向搜索的最小代价值连线的夹角；
[0021]步骤S33、在得到代价评估函数后，视多余点与转折点为搜寻过程中的特殊节点；依次连接所有节点生成一条临时路径，若当前节点与前后节点共线，则为共线节点，需要剔除；共线节点被剔除后，设路径中节点为{P
k
|k＝1，2，...，n}，令P1为父节点，从父节点P1出发依次连接下一个节点直至与障碍物相交；此时，特殊节点为P
k
‑1，正式路径成为然后将父节点P1更新为P
k
‑1，重复以上步骤，直至遍历完所有节点。
[0022]优选的，在步骤S33中，采用三次均匀B样条曲线优化转折点处的路径，通过三次均匀B样条曲线平滑转折点之后，以曲线代替折线，得到最短路径，所述的最短路径中的多余节点与转折点被剔除后，该最短路径中仅含有起始点、特殊节点和终点。
[0023]优选的，在步骤S5中，所述的构建综合评价函数包括以下步骤：
[0024]S51、构建速度评价函数Vel(v，ω)；
[0025]S52、构建小车的偏转评价函数Deflect(v，ω)；
[0026]S53、构建路径变化合理度评价函数Change(v，ω)；
[0027]S54、构建综合评价函数G(v，ω)，其中，
[0028]G(v，ω)＝γ*Change(v，ω)+δ*Deflect(v，ω)+β*Vel(v，ω)；
[0029]式中，γ、δ、β分别为各个评价函数的加权系数。
[0030]优选的，在步骤S51中，构建速度评价函数Vel(v，ω)的步骤为：
[0031]S511、对小车进行速度约束：
[0032]V
i
＝{(v，ω)|v∈[v
min
，v
max
]，ω∈[ω
min
，ω
max
]}；
[0033]式中，v
min
和v
max
分别为小车的线速度的最小值和最大值；ω
min
和ω
max
分别表示小车的角速度的最小值和最大值；
[0034]S512、对小车进行加速度约束：
[0035][0036]式中，v
c
、ω
c
为当前时刻的线速度与角速度；为小车最大的线加速度和角加速度；为小车最小的线加速度和角加速度；
[0037]S513、为了保证小车在碰撞到障碍物之前停下，因此速度还必须满足：
[0038][0039]式中，dist(v，ω)为对应(v，ω)路径上小车轨迹末端与障碍物的最近距离；
[0040]S514、速度评价函数Vel(v，ω)为：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三级通信与正反拓展搜索策略的新型路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对工厂的各区域进行划分并布置传感器；S2、通过传感器对小车的各项参数进行采集，并将采集到的信息发送到主控平台上；S3、主控平台通过对采集到的信息进行分析，判断前进路径是否存在障碍物威胁，从而决定是否调整小车的前进路径；当需要对小车的前进路径进行调整时，主控平台采用正反拓展搜索算法对小车的前进路径进行规划，以获得规划路径；S4、重复步骤S2和步骤S3，得到多条规划路径；S5、通过构建综合评价函数来对得到的多条规划路径进行评价，选取评价最高的规划路径作为最优路径。2.根据权利要求1所述的基于三级通信与正反拓展搜索策略的新型路径规划方法，其特征在于，在步骤S1中，所述参数包括但不限于小车在不同区域的位置、行驶速度。3.根据权利要求2所述的基于三级通信与正反拓展搜索策略的新型路径规划方法，其特征在于，在步骤S3中，当传感器反馈前方有障碍物时，则在当前位置再次为小车进行局部路径的调整，实现局部避障；同时所述传感器应当实时传送小车的位置信息，并在主控平台上以图标的形式呈现，以方便监控小车的工作情况，出现问题能够及时调整。4.根据权利要求3所述的基于三级通信与正反拓展搜索策略的新型路径规划方法，其特征在于，在步骤S3中，所述的主控平台采用正反拓展搜索算法对小车的前进路径进行规划，包括以下步骤：S31、削减传统的启发式搜索算法的搜索节点数，将传统的启发式搜索算法的节点扩展由原来的以节点为中心的九宫格中除当前节点之外的八个节点削减到五个节点；S32、在传统的启发式搜索算法正向和反向的节点的扩展过程中，分别将对向的最小代价点视为本搜索方向的目标点进行扩展，并引入最优轨迹权重函数λ
j*
，建立所示的代价评估函数：式中：f1(n)为起始点到目标点扩展节点的代价函数；f2(n)为目标点到起始点扩展节点的代价函数；g1(n)为起始点到节点n的实际代价值，g2(n)为目标点到节点n的实际代价值；h1(n)为节点n到目标点的距离估计代价值，h2(n)为节点n到起始点的距离估计代价值；j为常数，且(j＝1，2)；其中，式中，σ1、σ2分别为正反搜索过程中的当前节点与对向搜索的最小代价值连线的夹角；步骤S33、在得到代价评估函数后，视多余点与转折点为搜寻过程中的特殊节点；依次连接所有节点生成一条临时路径，若当前节点与前后节点共线，则为共线节点，需要剔除；共线节点被剔除后，设路径中节点为{P
k
|k＝1，2，...，n}，令P1为父节点，从父节点P1出发依
次连接下一个节点直至与障碍物相交；此时，特殊节点为P
k
‑1，正式路径成为然后将父节点P1更新为P
k
‑1，重复以上步骤，直至遍历完所有节点。5.根据权利要求4所述的基于三级通信与正反拓展搜索策略的新型路径规划方法，其特征在于，在步骤S33中，采用三次均匀B样条曲线优化转折点处的路径，通过三次均匀B样条曲线平滑转折点之后，以曲线代替折线，得到最短路径，所述的最短路径中的多余节点与转折点被剔除后，该最短路径中仅含有起始点、特殊节点和终点。6.根据权利要求5所述的基于三级通信与正反拓展搜索策略的新型路径规划方法，其特征在于，在步骤S...

【专利技术属性】
技术研发人员：林伊铭，邓钧陶，蓝伟濠，林泽楷，冷杰武，李沐，刘佳旦，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：