[发明专利]一种基于动态区域划分的机器人安全路径规划方法

说明书

技术领域

本发明属于智能人机交互、机器人运动规划领域，具体涉及一种适用于复杂动态环境下的基于区域划分的机器人安全路径规划方法。

背景技术

机器人路径规划是机器人系统的重要组成部分，是机器人导航和目标跟踪的基础。路径规划的根本目的是为高层任务与底层描述之间建立一个相互转化的桥梁，当高层通过高层语言发出任务命令时，机器人能够通过这个转化桥梁自动的将命令转化成底层动作并智能化的执行。这是友好人机交互的基本条件之一。路径规划在计算机图形、生物医疗和航天探索等领域也有重要的应用。

目前静态环境中的规划问题得到了不错的解决。但是在实际应用中，机器人所处的环境一般不可能是不发生任何变化的静态环境。障碍物的数量和运动模式、环境的尺度等等信息对机器人而言都是不确定的，这些不确定因素使得动态环境中的路径规划远比静态环境中难。因此，实时的人机交互还面临着许多难题，在复杂的动态环境中设计安全、高效地路径规划方法就显得尤为重要。

发明内容

本发明针对复杂可变的未知环境，提供一种基于动态区域划分的机器人安全路径规划方法，考虑在多自由度机器人的路径规划中，使路径地图中的节点含有当地局部区域的环境信息，并用这个环境信息指导规划器高效、安全、实时地进行路径规划。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于动态区域划分的机器人安全路径规划方法，其步骤包括：

1）在路径空间中随机选择一个采样点作为扩展方向，并选取离该随机采样点路径最短的临近节点；

2）根据障碍物占据区域的大小对所述临近节点进行区域划分，基于临近节点的区域划分结果建立路径的安全性评价准则，根据该安全性评价准则确定最优临近节点；

3）根据最优临近节点及其区域划分结果选择合适的方式进行路径扩展，生成新的节点并将其添加到扩展树中，同时对该新生成的节点进行区域划分以备后用，从而逐步生成机器人安全路径。

上述方法实际是一个迭代运算的过程，节点的区域划分是用来指导下一个迭代运算中的节点扩展，划分了区域才能选择合适的扩展方式进行扩展。下面对各步骤做具体的说明：

1.区域划分方法。

位姿空间可以被划分为一个个栅格区域的集合。这些局部区域可以根据障碍物占据区域的大小被标记一个拥塞程度，比如分为自由、交界、狭窄路径和障碍物区域。区域的拥塞程度可以作为一个属性加入到路径地图的节点中，使路径地图对局部环境信息敏感度增强。对机器人而言，可以通过在这个区域里进行采样观测来判定这个区域属于那种类型。具体的说来，这个方法包含以下几个步骤：

1）用一个固定大小的窗口进行采样，观测窗口内采样到有效点的概率P：

P(q)=ΣWqvalidΣW(qinvalid+qvalid)]]>

其中是q窗口的中心点，W代表观测窗口，也就是以q为中心的局部区域。在本文算法中，中心点位置一直是树中的有效节点，并且在上式的计算中算做有效采样点，因此P∈(0,1]。

2）定义一个窗口中心节点的有效熵，将前面的观测结果标记为节点属性，该有效熵为：