【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及路径规划领域，特别是一种基于障碍物吸引力的顶点路径规划方法及系统。
技术介绍
1、运动规划问题是机器人技术的重要组成部分。它是工业机器人、手术机器人、移动机器人和无人机等许多机器人应用不可或缺的一部分。它们的任务包含以下要求：1.机器人必须与障碍物无碰撞；2.应用户要求提供"最佳"路径；3.能够快速生成路径。
2、随着机器人研究的深入，人们提出了大量运动规划算法，主要包括人工势场(apf)方法、基于网格的算法和基于采样的算法。人工势场的工作原理是，机器人由结果力驱动，结果力由障碍物的排斥力和目标的吸引力组成。驱动力具有方向性，但会陷入局部最小值。最常用的基于网格的算法是dijkstra算法和a*算法。虽然a*算法具有知识完整性和最优性，但它受到物理资源(计算时间和内存空间)指数增长的限制。基于采样的经典算法包括概率路图算法(probabilistic roadmap，prm)、快速探索随机树算法(rapidly-exploringrandom tree，rrt)及其优秀的变体。它们通过随机抽样迭代来建立探索空间的轨迹。当迭代次数接近无穷大时，这种方法能保证路径的最优性。其中，rrt算法因其在混沌高维空间中的出色搜索能力，被广泛应用于机器人路径规划问题。
3、随着rrt的普及，对它的研究也在逐步深入。例如，为了加快收敛速度，有人提出了并行版rrt。为了引导随机树的生长，有人提出了一种启发式算法hrrt，它能优先向低成本路径扩展。ferguson和stentz考虑通过多次运行rrt算法来优化解决
4、通过观察不同算法的收敛结果，发现最优路径的某些顶点总是吸附在障碍物表面。我们暂且称它们为最优顶点。然而，发现这些算法需要付出昂贵的代价才能获得最佳顶点。例如，f-rrt*中的极小参数ddichotomy(接近0)意味着近乎无限次的二分法，而cyl-irrt*中不断缩小的圆柱采样区域意味着成功率为1/v，其中v趋于无穷大。因为即使圆柱体与原始采样空间相比小得多，但与圆柱体采样空间相比，少数顶点还是太小了。
5、因此障碍物附近最优顶点生成成本高是迫切需要解决的问题之一。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决上述问题，设计了一种基于障碍物吸引力的顶点路径规划方法及系统。
2、实现上述目的本专利技术的技术方案为，进一步，在上述一种基于障碍物吸引力的顶点路径规划方法中，该顶点路径规划方法包括以下步骤：
3、基于场地按照实际情况转换为配置空间，将所述配置空间划分为障碍物区域和非障碍物区域；
4、根据所述配置空间设置步长大小，并将引力作用范围与所述步长链接；
5、根据所述障碍区域设置引力吸引区域，将范围内的顶点吸引到障碍物表面，形成最优顶点；
6、当所述最优顶点和目标之间没有障碍物时，则基于目标偏置策略用目标点替换随机采样点。
7、进一步，在上述一种基于障碍物吸引力的顶点路径规划方法中，所述基于场地按照实际情况转换为配置空间，将所述配置空间划分为障碍物区域和非障碍物区域包括以下步骤：
8、所述实际情况至少包括二维空间与三维空间，令x表示配置空间，xobs表示障碍物区域，xfree＝x\xobs表示非障碍物的区域；
9、其中，(xfree，xstart，xgoal)表示为一个路径规划问题，xstart∈xfree为初始状态，xgoal∈xfree为目标区域；rgoal是目标区域的半径；设连续函数σ:[0,1]→x为有界变化的路径；如果σ(τ)∈xfree，则路径σ是无碰撞的。
10、进一步，在上述一种基于障碍物吸引力的顶点路径规划方法中，所述根据所述配置空间设置步长大小，并将引力作用范围与所述步长链接还包括：
11、步长的大小设置根据整个配置空间大小决定，步长设为总体的3％，并将引力作用范围的大小与步长大小链接，设为1/2步长大小。
12、进一步，在上述一种基于障碍物吸引力的顶点路径规划方法中，所述根据所述障碍区域设置引力吸引区域，将范围内的顶点吸引到障碍物表面，形成最优顶点还包括：
13、将最优顶点的生成概率从1/v提高到s/v，其中v和s分别为随机点采样区域的大小和最优顶点诱导生成区域的大小；且s(s<v)与v在同一数量级上趋于无穷大；
14、表面吸引过程是从所有障碍物中找出距离顶点xnew最近的点xobs，点xobs为障碍物表面，沿着随机采样点xnew到xobs的方向将xnew吸引到障碍物表面的x1new中，
15、
16、具体计算如公式(1)所示。
17、进一步，在上述一种基于障碍物吸引力的顶点路径规划方法中，所述当所述最优顶点和目标之间没有障碍物时，则基于目标偏置策略用目标点替换随机采样点还包括：
18、顶点在刚刚越过障碍后暴露在xfree空间时，有概率被吸引到表面成为最优顶点；
19、当所述最优顶点和目标之间不存在碰撞时，增加其树扩展的目标性，使其朝向目标位移一个步长的距离，所述目标位移受引力影响。
20、实现上述目的本专利技术的技术方案为，进一步，在上述一种基于模型知识库的顶点路径规划系统中，所述顶点路径规划系统包括以下模块：
21、区域划分模块，用于基于场地按照实际情况转换为配置空间，将所述配置空间划分为障碍物区域和非障碍物区域；
22、步长设置模块，用于根据所述配置空间设置步长大小，并将引力作用范围与所述步长链接；
23、顶点吸引模块，用于根据所述障碍区域设置引力吸引区域，将范围内的顶点吸引到障碍物表面，形成最优顶点；
24、目标判断模块，用于当所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于障碍物吸引力的顶点路径规划方法，其特征在于，所述顶点路径规划方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种基于障碍物吸引力的顶点路径规划方法，其特征在于，所述基于场地按照实际情况转换为配置空间，将所述配置空间划分为障碍物区域和非障碍物区域包括以下步骤：
3.如权利要求1所述的一种基于障碍物吸引力的顶点路径规划方法，其特征在于，所述根据所述配置空间设置步长大小，并将引力作用范围与所述步长链接还包括：
4.如权利要求1所述的一种基于障碍物吸引力的顶点路径规划方法，其特征在于，所述根据所述障碍区域设置引力吸引区域，将范围内的顶点吸引到障碍物表面，形成最优顶点还包括：
5.如权利要求1所述的一种基于障碍物吸引力的顶点路径规划方法，其特征在于，所述当所述最优顶点和目标之间没有障碍物时，则基于目标偏置策略用目标点替换随机采样点还包括：
6.一种基于障碍物吸引力的顶点路径规划系统，其特征在于，所述顶点路径规划系统包括以下模块：
7.如权利要求6所述的一种基于障碍物吸引力的顶点路径规划系统，其特征在于，所述区域划
...【技术特征摘要】
1.一种基于障碍物吸引力的顶点路径规划方法，其特征在于，所述顶点路径规划方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种基于障碍物吸引力的顶点路径规划方法，其特征在于，所述基于场地按照实际情况转换为配置空间，将所述配置空间划分为障碍物区域和非障碍物区域包括以下步骤：
3.如权利要求1所述的一种基于障碍物吸引力的顶点路径规划方法，其特征在于，所述根据所述配置空间设置步长大小，并将引力作用范围与所述步长链接还包括：
4.如权利要求1所述的一种基于障碍物吸引力的顶点路径规划方...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨荣刚，徐贤广，李凯，马告，彭洁，邓子彧，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：
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