[发明专利]一种双轮差速型移动机器人的全局路径规划方法及其装置

说明书

本发明涉及一种双轮差速型移动机器人的全局路径规划方法及其装置，其中方法包括：获取双轮差速型移动机器人的起点状态和终点状态；基于运动基元，获取起点状态到终点状态之间的各个中间点对应的最优中间点状态；获取所述各个最优中间点状态中距离终点状态最近的最优中间点状态到终点状态的最优运动基元；根据获取的起点状态到终点状态的各个最优中间点状态及记录的对应的运动基元，以及距离终点状态最近的最优中间点状态到终点状态的最优运动基元，构建双轮差速型移动机器人的全局路径。本发明实施例提出的全局路径规划方法及其装置不会陷入局部极值，每次规划的全局路径一致且是最优路径，规划的路径比上述算法更平滑，完成一次规划的时间短。

技术领域

本发明实施例属于移动机器人技术领域，具体涉及一种双轮差速型移动机器人的全局路径规划方法及其装置。

背景技术

路径规划是指移动机器人根据环境信息搜索一条从起点到目标点的无碰路径，该路径的优劣直接影响移动机器人搜索的时间复杂度和空间复杂度。移动机器人常用的路径规划算法包括：A*算法、Dijk算法、人工势场法、RRT(快速扩展随机树，rapidly-exploringrandom tree)算法等。这些算法存在各自的局限性，例如，人工势场法容易陷入局部极值，导致路径规划失败；RRT算法每次规划的路径都是随机的，并且规划的路径一般不是最优路径；A*算法和Dijk算法也有明显的局限性，例如，没有考虑移动机器人本身的运动学模型限制，导致规划出的路径不平滑，而且在面积较大的环境中，由于搜索的空间过大，导致路径规划完成时间过长。

发明内容

为了解决上述路径规划算法存在的容易陷入局部极值、规划的全局路径随机且不是最优或者规划出的路径不平滑、完成时间过长等技术问题，本发明实施例提出了一种双轮差速型移动机器人的全局路径规划方法及其装置。

一种双轮差速型移动机器人全局路径规划方法，该方法包括以下步骤：

获取双轮差速型移动机器人的起点状态和终点状态；

基于根据双轮差速型移动机器人的运动学模型构造的运动基元，获取起点状态到终点状态之间的各个中间点对应的最优中间点状态，记录各个最优中间点状态对应的运动基元；

获取所述各个最优中间点状态中距离终点状态最近的最优中间点状态到终点状态的最优运动基元；

根据获取的起点状态到终点状态的各个最优中间点状态及记录的对应的运动基元，以及距离终点状态最近的最优中间点状态到终点状态的最优运动基元，构建双轮差速型移动机器人的全局路径。

进一步地，至少基于双轮差速型移动机器人的角速度和位姿，构造双轮差速型移动机器人的运动学模型。

进一步地，所述根据双轮差速型移动机器人的运动学模型构造运动基元时，构造运动基元的输入用(V,W)表示，V表示移动机器人的线速度，W表示双轮差速型移动机器人的角速度；根据双轮差速型移动机器人的角速度W的值，构造相应的运动基元。

进一步地，从起点状态到终点状态之间的各个相邻中间点状态之间的运动时间为固定运动时间，起点状态到与起点状态相邻的中间点状态之间的运动时间为所述固定运动时间，且所述固定运动时间等于控制采样时间Δt。

进一步地，采用启发式搜索算法获取起点状态到终点状态之间的各个中间点对应的最优中间点状态。

进一步地，所述获取所述各个最优中间点状态中距离终点状态最近的最优中间点状态到达终点状态的最优运动基元，包括：将所述各个最优中间点状态中距离终点状态最近的最优中间点状态作为序号最大的最优中间点状态，通过M个不同的输入U，分别构造序号最大的最优中间点状态到达终点状态的M种运动基元，寻找不会发生碰撞且代价函数最小的运动基元，作为序号最大的最优中间点状态到达终点状态的最优运动基元，记录序号最大的最优中间点状态到达终点状态的最优运动基元。