[发明专利]基于网络撕裂法的移动机器人路径规划方法

说明书

本发明公开了基于网络撕裂法的移动机器人路径规划方法，以起始点到目标点的连线作为行驶的基本路线，利用网络撕裂法建立障碍物网络模型，并撕裂出子网络，通过数学拟合分别计算移动机器人的路径和时间的最小权值，得出移动机器人到达并绕过下一障碍物的最优路径规划，对基本路线进行调整。发明基于网络撕裂法的移动机器人路径规划方法，简单清晰，可实施性强；能够根据障碍物有效修正移动路径，并且能够对于新增障碍物及时且灵活调整路径，以达到最优的路径规划；移动机器人在行驶过程中能够有效避免与障碍物碰撞，提高了移动机器人的使用寿命。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及基于网络撕裂法的移动机器人路径规划方法。

背景技术

目前，最典型的机器人全局路径规划方法包括栅格法、可视图法、拓扑法、自由空间法、人工神经网络法等。中国专利《一种基于拓扑地图的机器人路径规划方法及系统》(申请日：2018.04.27；申请号：CN2018103933653；公开日：2018.10.16；专利号：CN108664022A)公开了基于拓扑地图的机器人路径规划方法及系统，该方法通过拓扑法建立拓扑网络的过程相当复杂；中国专利《一种非连续栅格划分三维点云面的路径规划方法》(申请日：2018.03.09；申请号：CN2018101961343；公开日：2018.08.21；专利号： CN108422670A)公开了非连续栅格划分三维点云面的路径规划方法，该方法栅格的划分直接影响其规划结果，路径规划准确性较差。中国专利《移动机器人的路径规划方法》(申请日：2015.01.20；申请号：CN2015100282750；公开日：2015.04.29；专利号：CN104571113A)公开了移动机器人的路径规划方法，该方法采用人工神经网络法，但其整体应用却不是很成功，遇到的环境是千变万化的、随机的，并且很难以数学的公式来描述。

发明内容

本发明的目的是提供基于网络撕裂法的移动机器人路径规划方法，能够根据障碍物有效修正路径。

本发明所采用的技术方案是，基于网络撕裂法的移动机器人路径规划方法，以起始点到目标点的连线作为行驶的基本路线，利用网络撕裂法建立障碍物网络模型，并撕裂出子网络，通过数学拟合分别计算移动机器人的路径和时间的最小权值，得出移动机器人到达并绕过下一障碍物的最优路径规划，对基本路线进行调整，具体包括以下步骤：

步骤1)找出障碍物的几何中心，估算障碍物的面积S，并将障碍物面积S作为类电阻Z，S＝Z；

步骤2)以各障碍物作为网络节点，根据全局障碍物及其位置建立障碍物网络模型，将障碍物所在位置及其面积大小总权值类比为电压，网络节点之间的距离类比为电阻，节点之间的有向依赖关系类比为电流，采用网络撕裂法将障碍物网络模型撕裂出子网络；

步骤3)计算撕裂后的节点类电压U_a，拟合类电阻Z与节点类电压U_a的关系式；

步骤4)根据类电阻Z与节点类电压U_a的关系式计算移动机器人绕过障碍物走过的弧长l₀，继而得出移动机器人到达并绕过下一障碍物的最优路径和完成最优路径所需时间，移动机器人按照规划的最优路径对基本路线进行调整，由起始点行驶至目标点。

本发明的特点还在于，

步骤1)中估算障碍物的面积S具体为，以障碍物的几何中心作为原点，以该障碍物的几何中心到最远边界点的距离作为半径，做该障碍物的外接圆，外接圆的面积即为该障碍物的面积S。

步骤2)中采用网络撕裂法将障碍物网络模型撕裂出子网络具体为，选定距离移动机器人移动起始点最近的点为参考点，从边界点处撕裂出子网络，子网络所含节点总数不少于障碍物网络模型节点总数的一半，子网络由障碍物网络模型被撕断的支路组成，障碍物网络模型除去子网络的部分为保留网络。

步骤3)具体按照以下步骤实施：