一种系统（２００），其执行方法（１３０－１８０）以便产生用于任何类型路径规划应用的最佳路径。在操作中，系统（２００）构建代表包括由一个或多个参数表征的多种状态的离散配置空间的配置空间节点结构，并且采用对配置空间节点结构的每个节点明确地进行量化的离散参数值和／或采用用作经过离散配置空间的自由空间区域的搜索向导的探索值来增加配置空间节点结构。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于计划最佳路径以避免障碍的方法和系统。该路径计划应用的例子 包括但不限于(1)用于在患者内仪器的外科手术路径的计划，(2)用于在特定环境中的机 器人、车辆、飞机、轮船等的运动/行进路径的计划，( 通过各种经济系统、紧急系统等的 有条件和无条件状态的流路径的计划，以及(4)在陆地和/或水中的指定主体上或者经过 陆地和/或水体的指定主体的街道、公路、水路的路程路径的计划。
技术介绍
可以使用1996 年阿姆斯特丹大学Karen I. Trovato 的 A* Planning in Discrete Configuration Spaces of Autonomous System中所教导的框架执行该路径计划应用。特别地，必须能够根据离散参数描述路径计划应用。也就是说，由关键参数表征路 径计划应用，每个参数具有一个或多个有效离散参数值范围。将所有可能参数范围的组合 称为配置空间，并且配置空间的每种状态为这些参数中的每个参数提供了唯一设置。将所允许的造成从配置空间中的一种状态变化或者转换到在某个范围内的另一 种状态的行为表述为“邻域”。换言之，邻域是表示在部分或者全部配置空间内的核心状态 转换的可允许后继的集合。由于配置空间是离散空间，所以可以将配置空间的每种状态视 为二维或三维图形中的“节点”，并且可以将配置空间中能够造成在两种或多种状态之间变 化的任何事件或者运动视为在节点之间的“转换”。还可以基于“游戏规则”确定“邻域”，这样可能存在根据任务空间自身的特定属性 或者任务空间内的物理对象/状态流所选择的一些邻近部。转换也可以基于诸如单行街道 的环境。分配给每个转换的是用于在初始状态和邻近状态之间改变所施加的开销。因此， 可以将配置空间中的状态与在它们之间的邻域转换的组合视为以状态作为节点并且以所 允许的转换作为定向边缘的曲线图。对于许多路径计划应用，通常由于机械限制、与障碍物相互作用、或者所施加的规 则，存在定义非法状态的约束。因此，在配置空间中可能存在可识别的节点禁区。在一些曲 线图中，沿着节点自身移除到这些节点的转换。或者，可以将节点标记为非法的，或者到节 点的转换可能具有无限(难达到的并且很高的)开销，用⑴代表。这些技术中的每个带来 避免受约束节点的搜索。利用路径计划，可以将“目标”位置映射到离散配置空间中的一个或多个等价“目 标”节点。因为表达系统的参数公式可能具有多于一种描述系统“目标”的解决方法，所以可 能存在多个“目标”节点。例如，你手臂的左手和右手配置都可以达到相同位置。系统“开 始”简单地转换到特定开始节点。找到最期望的从当前系统节点引导到期望“目标”的一系列事件类似于找到从 当前节点到“目标”节点的最佳转换路径，其引起最小开销同时回避所有非法节点。路径 计划的目标通常具有对成功的标准，有时被称为空间可变量度、开销量度、或者目的函数 (objection function)(例如，最快、最短、最不贵等)。在许多情况下，可以将其直接转化为节点之间的特定转换引起的开销。因此，可以通过使用配置空间节点、转换、开销、禁止区 域以及“目标”计划路径并且通过定义或设置“开始节点”，来找到所期望的事件系列。诸如 A*的曲线图搜索方法提供了确定最佳路径的有效机制。本专利技术通过促进使用离散参数值对配置空间节点结构的每个节点明确地进行量 化扩展了由Trovato所教导的主题框架在计划最佳路径以回避障碍中的使用。
技术实现思路
本专利技术的一种形式是一种用于根据路径计划应用来计划最佳路径的方法。该方法 包括在数据存储介质内的配置空间节点结构的构建，配置空间节点结构表示包括由一个或 多个参数表征的多个状态的离散配置空间。该方法还包括利用对配置空间节点结构的每个 节点明确地进行量化的离散参数值增加在数据存储介质内构建的配置空间节点结构。本专利技术的第二种形式是一种用于根据路径计划应用来计划最佳路径的采用数据 存储介质(即，用于存储数据的任何介质)和数据处理设备(即，用于执行涉及所存储的数 据以产生信息的操作的任何设备)的系统。在操作中，数据处理设备在数据存储介质内构 建配置空间节点结构，配置空间节点结构表示包括由至少一个参数表征的多个状态的离散 配置空间。数据处理设备还利用对配置空间节点结构的每个节点明确地进行量化的离散参 数值增加在数据存储介质内的配置空间节点结构的构建。结合附图阅读下列本专利技术各个实施例的详细描述，本专利技术的前述形式和其它形式 以及本专利技术的各种特征和优点将变得更加显而易见。详细描述和附图仅仅是说明性的而不 是限制，本专利技术的范围由所附权利要求及其等同替代定义。附图说明图1图示说明了根据本专利技术的离散参数值模式和探索值模式的方框图；图2图示说明了显示本专利技术的离散参数值模式的示例性离散配置空间；图3图示说明了显示本专利技术的探索值模式的示例性离散配置空间；图4图示说明了表示根据本专利技术的离散参数值采集方法的流程图；图5图示说明了本领域中已知的示例性非完整邻域；图6图示说明了根据本专利技术的示例性邻域线(thread)采样；图7图示说明了表示根据本专利技术的离散参数值管理方法的流程图；图8图示说明了表示根据本专利技术的基线构建方法的流程图；图9图示说明了表示根据本专利技术的用于利用明确离散状态参数确定从“种子”节 点到“目标”的最佳路径的A*算法的流程图；图10图示说明了具有自由空间节点稀疏表示的示例性离散配置空间；图11图示说明了表示根据本专利技术的稀疏自由空间构建方法的流程图；图12图示说明了具有障碍节点的稀疏表示的示例性离散配置空间；图13图示说明了表示根据本专利技术的稀疏障碍构建方法的流程图；图14图示说明了根据本专利技术的探索值生成和检索方法的流程图；图15图示说明了根据本专利技术的示例性充分连接的邻域；图16图示说明了根据本专利技术的对于支气管树中所有自由空间点的示例性计算探索；图17图示说明了利用根据本专利技术的探索以及利用本领域中已知的简单欧几里德 探索所计划的示例性路径；图18图示说明了根据本专利技术的系统的方框图。 具体实施例方式本专利技术基于三个(3)主要专利技术原理。第一，可以通过使配置空间节点结构内的每个节点包含对配置空间节点结构的每 个节点明确地进行量化的离散参数值、而不是依赖从本领域中众所周知的离散配置空间索 引中推断出的离散参数值，使得用于路径计划应用的离散配置空间更精确。这意味着甚至 在粗糙离散配置空间中也可以精确地计算路径的高分辨率计算。这还意味着可以使用较低 的分辨率配置空间节约内存，或者使以前不可能的路径计划应用在时间和内存上易处理。第二，当必需时，可以在障碍表示和所计算的状态和方向之间隔离配置空间存储， 并且“按需”分配，使得仅扩展节点包含状态的全部细节，诸如在所有N个维度中浮点精度 的所经过状态。由于典型地，扩展覆盖远少于整个配置空间，所以该节约可以达到大约20X 标称配置空间。同样，许多需要64位机的路径计划应用现在可以使用32位机。第三，在A*算法中，可以使用探索值指导通过离散配置空间的自由空间(无障 碍)区域的搜索。对于路径计划应用，如果探索值首先对通过自由空间的与目标的精确距 离(计入障碍周围距离)进行估计，就可以实现最快的不完整A*算法执行。本领域的技术人员应该理解，根据特定但是简单易懂的例子提本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于根据路径计划应用来计划路径的方法，所述方法包括： （Ｓ１３１）在数据存储介质（２２０）内构建配置空间节点结构，所述配置空间节点结构表示包括由至少一个参数表征的多个状态的离散配置空间；以及 （Ｓ１３２）利用对所述配置空间节点结构的每个节点明确地进行量化的离散参数值增加在所述数据存储介质（２２０）内构建的所述配置空间节点结构。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：K·I·特罗瓦托，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL
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