[发明专利]一种全局规划器主导的机器人路径规划方法

说明书

本发明涉及一种全局规划器主导的机器人路径规划方法，包括以下步骤：SLAM、三维机器人构建、机器人定位、构建局部栅格地图、设置终点、规划全局路径、规划局部路径、更新全局和局部栅格地图、更新机器人状态。取消了对全局路径规划的评价，虽有全局规划器，实际并没有对全局规划器生成的路径进行评价，同时重点改善了现有的局部路径规划器和局部路径评价器，将传统的评价因素修改为与机器人距离小于某值(取决于实际环境)的障碍物的个数，该路径与最近障碍物的直线距离，路径曲率等。本发明融合了激光雷达和超声波的数据，克服了基于激光雷达的机器人无法避开透明障碍物的问题。

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体的说，是一种全局规划器为主、局部规划器为辅的二维导航算法。

背景技术

路径规划指的是机器人的最优路径优化问题，应用背景极其丰富，包括扫地机器人、无人驾驶等。当前常见导航算法都以局部规划器为主，全局规划器为辅，适用于环境变化频率较高的场景，例如DWA动态窗口算法等。这些导航算法需要对全局路径进行评价，这在环境变化频率低的室内环境会消耗不必要的计算资源。同时这些导航算法的局部路径规划器生成的路径过多，不适合环境变化频率低的室内环境，局部路径评价器的评价因素也过于复杂，占用大量计算资源。本发明基于当前的导航方法，改进了全局路径规划过程和局部路径规划过程，实现在性能较低的计算机上进行实时的路径规划。

发明内容

要解决的技术问题

为了克服上述算法对计算机性能要求高的问题，本发明设计了一种以全局规划器为主，局部规划器为辅的导航算法。在内存为8GB、CPU为i5-6300HQ的环境下，该算法能实现室内环境的自主避障导航过程。该算法具备性能要求低、规划效率高的优点。

技术方案

一种全局规划器主导的机器人路径规划方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：SLAM：利用激光雷达传感器，对室内环境进行地图构建，生成一张二维虚拟地图，用于机器人的初始定位、障碍物定位以及路径规划；

步骤2：三维机器人构建：在二维虚拟地图中设置机器人形状、尺寸、中心点坐标；

步骤3：建局部栅格地图：在二维虚拟地图中设置局部地图的分辨率、尺寸、占用阈值；

步骤4：设置终点：设置终点的坐标、设置机器人到达终点时的姿态；

步骤5：规划全局路径：设置全局路径产生器、设置全局路径评价器；

步骤6：规划局部路径：设置局部路径产生器、设置局部路径评价器；所述设置局部路径评价器包括：设置障碍物碰撞状态的权重、设置障碍物距离惩罚权重、设置非前向运动惩罚权重；

步骤7：新全局和局部栅格地图：更新局部地图的中心坐标、更新栅格被障碍物占据的概率值；

步骤8：新机器人状态：更新机器人的坐标、更新机器人的方位角、更新机器人的速度、更新机器人的加速度。

有益效果

本发明提出的一种全局规划器主导的机器人路径规划方法，取消了对全局路径规划的评价，虽有全局规划器，实际并没有对全局规划器生成的路径进行评价，同时重点改善了现有的局部路径规划器和局部路径评价器，将传统的评价因素修改为与机器人距离小于某值(取决于实际环境)的障碍物的个数，该路径与最近障碍物的直线距离，路径曲率等。该发明可使直径为60cm的圆形轮式机器人通过宽度为1m的弯道的成功率由70％提高到90％，且在直线路径，可将导航速度由0.45m/s提升到0.6m/s。同时本发明融合了激光雷达和超声波的数据，克服了基于激光雷达的机器人无法避开透明障碍物的问题。

附图说明

图1为本发明导航算法整体的工作流程图。