【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种轮履腿机器人自主路径规划方法，属于机器人自动化控制领域。
技术介绍
1、灾后现场通常伴随着各种次生灾害且废墟内环境错综复杂，这给灾后救援工作带来极大了的困难。因此，大量救援机器人也都应运而生。灾害发生后，救灾机器人所在的环境通常为动态的、非结构化的地下遮蔽未知空间，这就要求机器人的运动和自主探索能力对复杂环境有更高的自适应性。
2、对于移动机器人的复杂未知环境自主探索问题，人们希望通过环境感知和运动路径规划实现在线生成平滑和满足机器人运动性能的移动轨迹。这对移动机器人的自主导航能力提出了极高的要求，也成为相关研究的重点和难点。现有的关于机器人未知环境自主探索的研究中，大多针对传统的轮式机器人，难以适用于复杂多变的灾后救援环境，因此开展轮履腿机器人的未知环境自主路径规划研究具有重要的理论研究价值。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供一种轮履腿机器人自主路径规划方法，以实现轮履腿机器人在未知复杂环境中的自主探索。
2、本专利技术所述轮履腿机器人未知环境自主路径规划方法，包括：
3、依据轮履腿机器人的运动模式、运动能力和传感器的探测范围，将未知地图环境划分为局部探索地图和全局探索地图两部分，将满足轮履腿机器人运动能力的区域定义为可通行区域，在全局探索地图范围内将地图划分为机器人的可通行区域和不可通行区域；
4、依据轮履腿机器人的运动能力、运动状态和探索覆盖范围确定所述可通行区域范围内的路径评价指标；
5
6、依据局部探索地图内生成的采样点，计算得到局部探索目标点和局部探索地图内的平滑路径，引导机器人在未知环境中从当前位置运动至局部探索目标点处完成局部地图范围内的自主探索过程；
7、依据轮履腿机器人的全局探索地图路径评价指标，在全局探索地图范围内确定采样点，生成全局探索目标点并引导机器人离开当前局部探索地图，依次连接个局部探索地图内的平滑路径，生成覆盖全局探索地图的探索路径。
8、上述方法中，所述依据轮履腿机器人的运动模式、和运动能力和传感器的探测范围，将未知地图环境划分为局部探索地图和全局探索地图两部分，将满足轮履腿机器人运动能力的区域定义为可通行区域，在全局探索地图范围内将地图划分为机器人的可通行区域和不可通行区域，包括：
9、轮履腿机器人局部探索地图mlocal和全局探索地图mglobal的划分规则为：
10、将探索的区域定义为全局探索地图mglobal且将局部探索地图表示为全局探索地图mglobal中的区域被定义为三种状态：可通行区域mfree、不可通行区域mobs和未知区域munkonwn，全局探索地图可表示为mglobal＝mfree∪mobs∪munkonwn；
11、将轮履腿机器人的可通行区域mfree，划分为轮式可通行履带式可通行腿式可通行区域上述三类可通行区域则分别对应机器人的三种运动模式。
12、上述方法中，所述依据轮履腿机器人的运动能力、运动状态和探索覆盖范围运动时间和能量消耗确定所述可通行区域范围内的路径评价指标，包括：
13、给定机器人当前局部探索范围内的起始位置以及环境探索范围mglobal,mlocal，机器人会按照未知环境自主探索规则选定目标位置并搜索出可通行路径和无人车运动控制策略ω，其中ζpath和θpath分别表示局部探索路径和全局探索路径；
14、无人车运动策略ω满足下列条件：满足机器人的所有运动学和动力学约束；符合轮履腿机器人运动状态切换规则；机器人处于安全位置和姿态，避免机器人处于危险场景；搜索路径覆盖完成当前自主探索区域全覆盖。
15、上述方法中，所述依据满足履腿机器人运动能力的可通行区域和路径评价指标，在局部探索地图内确定采样点，计算路径的代价和探索增益，筛选出连通的采样点，包括：
16、轮履腿机器人采样点的采样规则为：
17、定义χunknown,ηcurrent∈mlocal，其中χunknown和ηcurrent分别为未探测探索到的点和机器人当前坐标原点在全局坐标系下的三维坐标，限制未探索的区域的可被检测范围与机器人三维位置坐标中心的欧式距离小于常量ξ，其中：
18、||χunknown-ηcurrent||≤ξ
19、当障碍物表面倾斜角度较大时，机器人无法准确的识别环境特征，限制机器人与障碍物之间的角度在范围κ内，定义ns为指向自由区域一侧的单位法向量，则有：
20、
21、对于局部探索地图mlocal，定义为局部探索地图的可通行区域，当传感器检测到未知区域后将其划分为可通行区域或障碍物其中：
22、
23、
24、将采样点选取问题总结为在可通行区域中建立采样点集合探索局部探索地图mlocal。使用表示mlocal中的未知区域，为采样点v处被探测到的未知区域，采样点v所处的区域包含轮式、履带式和腿式可通行区域，统筹考虑采样点v处的未探索区域投影面积和地形特征σv作为其探索增益值g，其中k为地形特征所占权重，则有：
25、g＝τv+k·σv
26、将vi定义为第i个采样点，第i个采样点的探测区域为：
27、
28、上述方法中，所述依据局部探索地图内生成的采样点，计算得到生成局部探索目标点和局部探索地图内的平滑路径，；引导机器人在未知环境中从当前位置运动至局部探索目标点处完成局部地图范围内的自主探索过程，包括：
29、局部探索地图内的平滑路径的生成规则为：
30、路径遍历局部范围内的所有采样点，局部探索地图被完全探索；轮履腿机器人在切换不同运动模式时避免频繁切换穿越不同地形；当机器人在处于轮履模式时，对机器人的转向曲率进行约束，在生成路径时避免机器人因遇到障碍死角而停车转向；
31、设置采样点中需要停车转向或降低行进速度的采样点点为断点，此时整条路径可表示为g；
32、路径g由多段路径组成，每段路径表示探索路径的一段连续路径且没有任何断点，断点为分段路径之间的过渡点；通过加入断点分割路径，可以避免机器人在探索过程中停止、转向或降低速度，保证生成路径g的探索效率：
33、
34、式中，表示路径ζpath中第i段的第j个采样点，其中每段路径中最后一个采样点是下一段路径的起点，将上述路径分割为n段表示为：
35、
36、其中第i段路径的长度为li，停车转向或切换运动模式的惩罚值为pi，路径的代价值则表示为：
37、
38、上述方法中，所述依据轮履腿机器人的全局探索地图路径评价指标，在全局探索地图范围内确定采样点，生成全局探索目标点并引导机器人离开当前局部探索地图，依次连接各局部探索本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种轮履腿机器人自主路径规划方法，其特征在于,所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，依据轮履腿机器人的运动模式、和运动能力和传感器的探测范围，将未知地图环境划分为局部探索地图和全局探索地图两部分，将满足轮履腿机器人运动能力的区域定义为可通行区域，在全局探索地图范围内将地图划分为机器人的可通行区域和不可通行区域，包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，依据轮履腿机器人的运动能力、运动状态和探索覆盖范围运动时间和能量消耗确定所述可通行区域范围内的路径评价指标，包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，依据满足履腿机器人运动能力的可通行区域和路径评价指标，在局部探索地图内确定采样点，计算路径的代价和探索增益，筛选出相互连接的采样点，包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，依据局部探索地图内生成的采样点，计算得到生成局部探索目标点和局部探索地图内的平滑路径，；引导机器人在未知环境中从当前位置运动至局部探索目标点处完成局部地图范围内的自主探索过程，包括：
6.根据权利要求1所述的
...【技术特征摘要】
1.一种轮履腿机器人自主路径规划方法，其特征在于,所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，依据轮履腿机器人的运动模式、和运动能力和传感器的探测范围，将未知地图环境划分为局部探索地图和全局探索地图两部分，将满足轮履腿机器人运动能力的区域定义为可通行区域，在全局探索地图范围内将地图划分为机器人的可通行区域和不可通行区域，包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，依据轮履腿机器人的运动能力、运动状态和探索覆盖范围运动时间和能量消耗确定所述可通行区域范围内的路径评价指标，包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，依据满足履腿机器人运动能力的...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈钢，董泽宇，孙汉旭，马楠，吴文博，王一帆，王一凡，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。