[发明专利]一种基于虚拟墙的机器人路径规划算法

权利要求书

1.一种基于虚拟墙的机器人路径规划算法，其特征在于，在由定位系统生成的机器人运行环境栅格地图上设置虚拟墙，根据设置完虚拟墙的新栅格地图进行路径规划，包括如下步骤：

步骤1、将环境栅格地图文件下载至虚拟墙设置单元，设置虚拟墙，并将虚拟墙的位置加入到栅格地图文件中，将画好的虚拟墙的栅格地图文件上传至机器人；

步骤2、对地图模型进行描述，并利用目前栅格相对于目标栅格的位置关系确定方向权重向量，利用目前栅格与周围栅格的关联程度确定关联矩阵；

步骤3、根据得到的权重值和关联矩阵，结合栅格的位置，计算每一个待选栅格的选择概率，并从中选择概率最大的作为下一个栅格，得到一个初步的路径规划；

步骤4、对初步路径规划进行优化，并转至步骤3重新进行路径规划，直至初步路径规划的优化结果收敛，至此就完成了路径规划。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟墙的机器人路径规划算法，其特征在于，步骤1中，通过ftp将机器人本体的环境栅格地图下载至虚拟墙设置单元，虚拟墙设置单元运行在单独的计算机，并通过无线局域网与机器人本体进行通信连接，画好虚拟墙后，保存画好虚拟墙的栅格地图文件，并通过ftp上传至机器人本体。

3.根据权利要求1所述的基于虚拟墙的机器人路径规划算法，其特征在于，步骤1中，在栅格地图文件中，通过数字来表示有无障碍物区域，用1表示无障碍物，用0表示障碍物区域，在栅格地图上设置虚拟墙位置时，将该位置与栅格地图文件相对应的位置比较，如果设置虚拟墙位置对应的栅格原来没有障碍物，则此处用0来表示，写入栅格地图文件，这样，在栅格地图文件中，标识为1表示无虚拟墙无障碍物区域，标识为0表示有虚拟墙有障碍物区域。

4.根据权利要求1所述的基于虚拟墙的机器人路径规划算法，其特征在于，步骤2中，进行地图描述时，同时采用坐标法和序号法对栅格地图中的栅格进行编号，栅格旁边行列标号为栅格横纵坐标，栅格坐标用于快速获得该栅格在地图中的位置，栅格中间标号为栅格序号，栅格序号适用于栅格的访问和路径的记录，栅格x即指栅格序号为x的栅格。

5.根据权利要求1所述的基于虚拟墙的机器人路径规划算法，其特征在于，步骤2中，关联矩阵用于表示栅格与周边栅格的关联程度，假设路径规划场地为矩形，根据栅格边长N将场地划分为多个小正方形栅格，当边界不满一个栅格时，按一个栅格计算，得到row行col列的栅格地图，用map(x)来表示表示栅格x对应的关联矩阵的值：

式中：当map(x)＝0时，表示该栅格上有障碍物，不能通行；当map(x)＝C>0时，表示该栅格无障碍物可通行，在栅格地图建立时，C为设定的常值，作为关联矩阵中可通行栅格的关联初值，在路径规划算法中，通过改变每个栅格对应的关联关联矩阵的值来表示该栅格与周边栅格的关联程度，即该值越大，其与周围栅格的关联程度越大，在路径规划算法中被选择的概率也越大。

6.根据权利要求1所述的基于虚拟墙的机器人路径规划算法，其特征在于，步骤2中，方向权重向量的具体方法为：设定栅格访问顺序，根据目前栅格相对于目标栅格的位置关系，给每个相邻的待选栅格以不同的权重值，栅格被选择的可能性大的权重大，被选择的可能性小的权重小，由于有8种不同的目前栅格和目标栅格的相对位置关系，故共有8种不同的方向权重向量。

7.根据权利要求1所述的基于虚拟墙的机器人路径规划算法，其特征在于，步骤3中，根据栅格的位置确定待选栅格集合，若栅格u不在地图的边缘，则与它相邻的待选栅格共有8个，这8个栅格组成待选栅格集合，若栅格位于角落或是边线时，超出地图范围的栅格为无效，其有效的相邻待选栅格分别为3个和5个，由它们组成该栅格的待选栅格集合。