一种机器人迷宫搜索方法技术

本发明专利技术涉及一种机器人迷宫搜索方法，在机器人探索迷宫时，将探索出的墙面信息进行扩展，利用“洪水推演法”将路径选择法则选择出的搜索路径进行预推演，预推演的目的是，在机器人行进之前剔除一些不可达终点的路径，从而从剔除无效搜索路径和增加有效信息两个角度减小机器人的搜索时间。本发明专利技术以高速的微控制器运算速度，替代相对低速的机器人机械运行速度，提高迷宫搜索效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属人工智能
，特别是涉及。
技术介绍
将智能机器人应用于探索迷宫和未知环境的研究已经非常普及，纵观已有迷宫搜索算法，绝大部分的做法是当机器人有支路进行选择时，会根据拟定的路径选择算法，选择其中一条进行继续探索，直至搜索到终点。而此类算法有个弊端，没有充分利用机器人已经搜索到的信息对机器人的搜索路径进行优化。当有支路进行选择时，则根据拟定的路径选择算法，选择其中一条进行继续探索，而这条路径是否可达终点，事先并未根据已有的数据进行分析判断，只能通过实际搜索来得知。而且也仅仅局限于对已探索到的信息进行选择，并未对这些信息进行有效扩展，这些都必将带来一些不必要的搜索，影响做出判断的准确性，降低搜索效率。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供，从剔除无效搜索路径和增加有效信息两方面入手，以高速的微控制器运算速度替代相对低速的机器人机械运行速度，从而提高迷宫搜索效率。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:提供，包括下列步骤:(I)对已知和机器人探索出的信息进行扩展，当搜索到迷宫格中一格的墙面信息后，利用此墙面信息，对其四周各格的墙面部分或全部信息进行更新。即根据当前迷宫格左方向是否有路，得出其左方的迷宫格右方向是否有路。同理可根据当前迷宫格的下、右、上方向是否有路，得出其下方迷宫格的上方向、右方迷宫格的左方向和上方迷宫格的下方向是否有路。这样，虽然这四格并未搜索过，却已得到部分甚至全部墙面信息，为后期的判断和路径选择提供更多有效数据；(2)当有支路可供选择时，对路径选择算法选择出的支路利用“洪水推演法”进行预推演，剔除不可行路径，所述“洪水推演法”即根据路径选择法则选择好最优支路后，在机器人行进前，根据已知信息、机器人探索出和扩展出的信息顺着这条支路预推演，若这条支路能够推演到终点，则这条支路判断为可行进；若推演不到终点，则判断为不可行进，并将推演到的所有不可行进迷宫格标记为死路、剔出搜索范围，再根据路径选择法则选择出的下一优先支路进行预推演，直至找出可行进的支路为止。所述的步骤(2)中还包括:对路径选择算法选择出的路径进行一次过滤，排除那些不可达路径，减小搜索范围；排除的仅仅是那些没有可能到达终点的路径，对其余有可能到达的路径均予以保留。所述的步骤(2)中“洪水推演法”在路径选择算法选择好支路之后，根据数组记录的隔墙信息，顺着这条支路模拟“流水”，并将机器人当前位置标记为最高点，即“洪水”流不到的地方，防止其“逆流”;若这条“流水”路径能够“流淌”到终点，则这条路判断为可行进；若“流淌”不到终点，则判断为不可行进，并将“洪水”所“流过”的所有格子标记为死路、剔出搜索范围，再根据路径选择算法选择下一优先支路，并进行推演，直至找出可行进支路为止。所述的步骤(2)中所述的推演的实现方法为基于等高图法寻找最优路径的方法进行，根据数组中记录的信息作从支路点到终点的等高图，从中找出一条能够到达终点的路径；如果已完成所有坐标的等高值更新，依然没能够更新终点的等高值，则判断为此支路不可达；推演过程必须向“前”推演，等高值初始化时，将当前机器人位置的等高值置为最小值0，起点或支路点的等高值置为1，其余点的初始等高值均置为Oxff，即可保证向“前”推演。有益效果本专利技术首先对已知和机器人探索出的信息进行扩展，从而得出更多有用信息，不仅能为本专利技术提出的“洪水推演法”提供有效数据，也能够为机器人在选择最优路径等提供更多数据，从而做出更加准确的选择或判断。所提出的“洪水推演法”能够识别出迷宫中的死路，从而减小搜索范围，以微控制器高速的运算速度替代机器人缓慢的“奔跑”速度，有效提高搜索效率。附图说明图1为本专利技术数据扩展示意图。图2为本专利技术路径选择算法流程图。图3为本专利技术机器人搜索路径示意图。具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。图1为本专利技术数据扩展示意图:图中MapBlock[x] [y]中存储的是实际搜索出的墙面信息，根据此信息可扩展出该宫格周围四个宫格的部分或者全部的信息，并将扩展出的信息存储在数组LogBlock中，从而利用这些扩展出的信息更新周围四个迷宫格的信息，为后续搜索或冲刺提供更多有效信息。图2为本专利技术路径选择算法流程图:将原路径选择法则选择出的路径，按照优先级顺序依次根据“洪水推演法”在机器人行进之前进行预推演，直到找到可达终点路径为止。图3为机器人迷宫搜索路径示意图:曲线段为机器人从起点第一次搜索到终点的路径，阴影部分表示搜索期间机器人标记出的死路。机器人从起点向终点进行探索，按照常规的路径选择法则图中所标记的死路机器人皆会前去搜索，而改进后的算法，则会根据“洪水推演法”识别出这些死路，从而减小搜索范围，以微控制器高速的运算速度替代机器人缓慢的“奔跑”速度，有效提高搜索效率。本专利技术共分为两大部分:扩展搜索信息和剔除无效搜索路径，下面具体叙述。1、扩展搜索信息假定机器人的探索的迷宫环境为16 * 16的正方形二维迷宫，实际应用中，可根据不同应用环境进行不同设定。具体实现办法共分为三步:第一步，构造两个16 * 16 的二 维数组 MapBlock [X] [y]和 LogBlock [X] [y],MapBlock存储的是实际搜索出的墙面信息，LogBlock存储的不仅仅是实际搜索出的墙面信息，还包括推演出的墙面信息。其中，X:横坐标，y:纵坐标，bit3 bitO位分别代表当前坐标的迷宫格左、下、右、上方向是否有路，O:该方向无路，1:该方向有路，bit4位用于标记此迷宫格是否真实搜索过，用于区别假定的四周全有路和真实四周全有路(即通过实际搜索得到的墙面信息);第二步，对上述两数组进行初始化，MapBlock [X] [y]中全部元素初始化为0x00。LogBlock[x] [y]中，x=0的所有元素的bit2位(整个迷宫的下方边界)均置为O ;x=16的所有元素的bitO位(整个迷宫的上方边界)均置为O ;对y=0的所有元素的bit3位(整个迷宫的左方边界)均置为O ;y=16的所有元素的bitl位(整个迷宫的右方边界)均置为0，表示迷宫四周边界有墙，即无路。其余bit3 bitO位均置为1，即初始假定迷宫内部无任何隔墙，在后期的探索和推演过程中逐步添加部分隔墙；所有元素的bit7 bit4位均置为O ;第三步，机器人搜索时对两个数组进行同步维护更新，MapBlock保存机器人实际搜索的数据即可；LogBlock不仅拷贝MapBlock所记录的信息,还包括对MapBlock的扩展信息。具体扩展方法如下:例如，可根据MapBlock[x] [y]的bit2位为O (表示(x,y)格下方无路)，推断出LogBlock[x] [y-1]的bitO位为O (表示(x, y_l)格上方无路)，同理可得其余三个方向的扩展结果，示意图如图2所示；当搜索到一格的墙面信息后，可利用此迷宫格墙面信息，对其四周各格的墙面信息进行更新，这样，虽然这四格并未搜索过，却已得到部分甚至全部墙面信息，为后期的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机器人迷宫搜索方法，其特征在于，包括下列步骤：（1）对已知和机器人探索出的信息进行扩展，当搜索到迷宫格中一格的墙面信息后，利用此墙面信息，对其四周各格的墙面部分或全部信息进行更新，这样，虽然这四格并未搜索过，却已得到部分甚至全部墙面信息，为后期的判断和路径选择提供更多有效数据；（2）当有支路可供选择时，对路径选择算法选择出的支路利用“洪水推演法”进行预推演，剔除不可行路径，所述“洪水推演法”即根据路径选择法则选择好最优支路后，在机器人行进前，根据已知信息、机器人探索出和扩展出的信息顺着这条支路预推演，若这条支路能够推演到终点，则这条支路判断为可行进；若推演不到终点，则判断为不可行进，并将推演到的所有不可行进迷宫格标记为死路、剔出搜索范围，再根据路径选择法则选择出的下一优先支路进行预推演，直至找出可行进的支路为止。

【技术特征摘要】
1.一种机器人迷宫搜索方法，其特征在于，包括下列步骤: (1)对已知和机器人探索出的信息进行扩展，当搜索到迷宫格中一格的墙面信息后，利用此墙面信息，对其四周各格的墙面部分或全部信息进行更新，这样，虽然这四格并未搜索过，却已得到部分甚至全部墙面信息，为后期的判断和路径选择提供更多有效数据； (2)当有支路可供选择时，对路径选择算法选择出的支路利用“洪水推演法”进行预推演，剔除不可行路径，所述“洪水推演法”即根据路径选择法则选择好最优支路后，在机器人行进前，根据已知信息、机器人探索出和扩展出的信息顺着这条支路预推演，若这条支路能够推演到终点，则这条支路判断为可行进；若推演不到终点，则判断为不可行进，并将推演到的所有不可行进迷宫格标记为死路、剔出搜索范围，再根据路径选择法则选择出的下一优先支路进行预推演，直至找出可行进的支路为止。2.根据权利要求1所述的一种机器人迷宫搜索方法，其特征在于，所述的步骤(2)中还包括:对路径选择算法选择出的路径进行一次过滤，排除那些不可达路径，减小搜索范围；排除的仅仅是那些没有可能到达终点的路径，对其余有可能...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭长生，裴蕾，龚涛，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：