【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于路径规划领域，涉及一种局部避障路径规划方法、系统、设备及存储介质。
技术介绍
1、工业机器人因其高精度、稳定性和效率，已成为现代制造业的重要组成部分，广泛应用于装配、焊接、搬运等领域，大大提升了生产自动化水平、降低了人工成本，并推动了智能制造的快速发展。工业机器人路径规划是机器人技术中的一个重要领域，它涉及如何规划和优化机器人运动的路径，以便在最短时间内、安全、高效地完成任务。
2、快速扩展树（rapidly-exploring random tree，rrt）算法是lavalle在1998年提出的一种基于随机采样的路径规划方法，该算法通过构建一个随机树结构，从起始点开始，向着目标区域进行扩展，直至发现一条连接起始点和目标点的路径，具有快速探索能力、适用于高维空间和复杂环境、易于实现的特点。但rrt算法无法保证找到最优路径，且在狭窄通道和密集障碍物环境中可能存在搜索效率低的问题。双向快速扩展随机树（bidirectional rapidly-exploring random trees，bi-rrt）算法是rrt算法的一种改进版本，与rrt算法从起点向目标点单向扩展不同，双向rrt算法同时从起点和目标点出发，构建两棵随机树，直至它们相遇，具有提高搜索效率、减少搜索空间、适用对称环境的特点。连接型快速扩展随机树（rapidly-exploring random tree connect，rrt-connect）算法是对双向rrt算法的进一步改进，旨在提高路径规划的效率，该算法同时从起点和目标点出发，构建两
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种局部避障路径规划方法、系统、设备及存储介质，可以提前绕开障碍物，并且改进原始的connect思想帮助两棵路径搜索树快速建立连接。
2、为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
3、一种局部避障路径规划方法，包括以下过程：
4、s1，构建路径搜索树，判断路径搜索过程中是否存在障碍物，若没有，则生成路径；
5、s2，若存在障碍物，采用天牛须扩展策略避开障碍物，将避开障碍物的扩展节点加入路径搜索树中，直到完成整个路径搜索，生成路径。
6、优选的，s1中，构建路径搜索树过程为：以起始点 xstart为根节点构建路径搜索起始树 tstart，以目标点 xgoal为根节点构建路径搜索目标树 tgoal。
7、进一步，路径搜索过程为：在工作空间中生成采样点 xrand，寻找树 tstart中距离 xrand最近的一点 xnear1，寻找树 tgoal中距离 xrand最近的一点 xnear2， xrand表示每次迭代中随机生成的节点， xnear1表示起始树中离 xrand最近的点， xnear2表示目标树中离 xrand最近的点。
8、进一步，判断 xnear1直接扩展到 xnear2是否碰到障碍物，如果没有发生碰撞，则连接 xnear1和 xnear2并生成一条从 xstart到 xgoal的路径。
9、进一步，s2中，通过 xnear1、 xnear2和 xrand三点确定扩展平面，在 xnear1处生成两个天牛须，在 xnear2处生成两个天牛须，在每个天牛须上生成扩展节点，判断路径是否与障碍物发生碰撞，将没有发生碰撞的节点加入各自对应的路径搜索树中。
10、进一步，计算扩展节点与另一个搜索树的距离，如果距离长度小于设定阈值且路径没有发生碰撞，则生成路径，否则判断搜索次数是否小于设定上限，若是则回到s1，否则结束步骤，搜索失败。
11、优选的，生成路径后，采用路径缩短策略对路径进行优化处理。
12、一种局部避障路径规划系统，包括：
13、路径搜索树模块，用于构建路径搜索树，判断路径搜索过程中是否存在障碍物，若没有，则生成路径；
14、天牛须模块，用于若存在障碍物，采用天牛须扩展策略避开障碍物，将避开障碍物的扩展节点加入路径搜索树中，直到完成整个路径搜索，生成路径。
15、一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述局部避障路径规划方法的步骤。
16、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述局部避障路径规划方法的步骤。
17、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
18、本方法所提出的避障路径规划算法灵感源自天牛的触须机制，这种机制有效的解决了路径搜索树在接近障碍物时陷入困境的问题。通过模拟天牛触须感受气味的行为，在算法中生成两个扩展方向，由于扩展方向间存在一定角度，使得扩展节点向两侧展开，在一定层度上可以绕开障碍物，增加有效采样率，同时扩展方向的差异有利于打开搜索空间，帮助找到连接目标点的空旷区域。connect本质是逼近目标点，但相同步长的逐步扩展机制不但增加了计算成本，还可能存在靠近障碍物的风险，通过天牛须的引入，帮助扩展节点寻找到更空旷的区域，改进connect思想，直接判断最近节点与目标点间是否存在障碍物，如果存在则不进行扩展连接。这种策略的应用，不仅降低了在非目标方向上无效扩展的几率，也提高了在无障碍路径条件下的连接效率，同时降低了rrt-connect算法在路径搜索树间等步长扩展的计算成本。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种局部避障路径规划方法，其特征在于，包括以下过程：
2. 根据权利要求1所述的局部避障路径规划方法，其特征在于，S1中，构建路径搜索树过程为：以起始点xstart为根节点构建路径搜索起始树 Tstart，以目标点xgoal为根节点构建路径搜索目标树 Tgoal。
3. 根据权利要求2所述的局部避障路径规划方法，其特征在于，路径搜索过程为：在工作空间中生成采样点 xrand，寻找树 Tstart中距离 xrand最近的一点 xnear1，寻找树 Tgoal中距离 xrand最近的一点 xnear2，xrand表示每次迭代中随机生成的节点，xnear1表示起始树中离xrand最近的点，xnear2表示目标树中离xrand最近的点。
4. 根据权利要求3所述的局部避障路径规划方法，其特征在于，判断 xnear1直接扩展到xnear2是否碰到障碍物，如果没有发生碰撞，则连接 xnear1和 xnear2并生成一条从 xstart到xgoal的路径。
5. 根据权利要求3所述的局部避障路径规划方法，其特征在于，S2中，通过 xnear1
6.根据权利要求5所述的局部避障路径规划方法，其特征在于，计算扩展节点与另一个搜索树的距离，如果距离长度小于设定阈值且路径没有发生碰撞，则生成路径，否则判断搜索次数是否小于设定上限，若是则回到S1，否则结束步骤，搜索失败。
7.根据权利要求1所述的局部避障路径规划方法，其特征在于，生成路径后，采用路径缩短策略对路径进行优化处理。
8.一种局部避障路径规划系统，其特征在于，包括：
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任意一项所述局部避障路径规划方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任意一项所述局部避障路径规划方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种局部避障路径规划方法，其特征在于，包括以下过程：
2. 根据权利要求1所述的局部避障路径规划方法，其特征在于，s1中，构建路径搜索树过程为：以起始点xstart为根节点构建路径搜索起始树 tstart，以目标点xgoal为根节点构建路径搜索目标树 tgoal。
3. 根据权利要求2所述的局部避障路径规划方法，其特征在于，路径搜索过程为：在工作空间中生成采样点 xrand，寻找树 tstart中距离 xrand最近的一点 xnear1，寻找树 tgoal中距离 xrand最近的一点 xnear2，xrand表示每次迭代中随机生成的节点，xnear1表示起始树中离xrand最近的点，xnear2表示目标树中离xrand最近的点。
4. 根据权利要求3所述的局部避障路径规划方法，其特征在于，判断 xnear1直接扩展到xnear2是否碰到障碍物，如果没有发生碰撞，则连接 xnear1和 xnear2并生成一条从 xstart到xgoal的路径。
5. 根据权利要求3所述的局部避障路径规划方法，其特征在于，s2中，通过 xnear1、xnear2和 x...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭文华，武伟韬，唐兆义，黄瑶，蒯敏，赵纪元，王飞，危荃，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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