[发明专利]基于改进人工势场法的割草机器人实时避障方法

说明书

本发明公开了一种基于改进人工势场法的割草机器人避障方法，包括下述步骤：S1、设定割草机器人起点和目标点的位置，同时设定引力势场增益系数和斥力势场增益系数，建立割草机器人周围环境模型；S2、对引力势场函数进行改进；S3、对斥力势场函数进行改进，S5、计算割草机器人所受引力和各个斥力的大小和方向，计算引力和斥力在水平方向和竖直方向上的分量，并求出割草机器人所受的总的势场力大小和方向；S6、割草机器人在改进人工势场法的总势场力的作用下向目标点移动，并更新割草机器人坐标得到割草机器人的规划路径。本发明使得割草机器人能够安全、平稳和高效运行，提高了改进的避障方法的实用性。

技术领域

本发明属割草机器人的技术领域，具体涉及一种基于改进人工势场法的割草机器人实时避障方法。

背景技术

人工势场法是目前常见的机器人局部路径规划方法之一，其基本思想是通过传感器感知出环境中机器人、障碍物、目标点的位置，障碍物对机器人产生斥力势场，目标点产生引力势场，机器人在引力势场和斥力势场两者产生的复合势场中，搜索总势场下降的路线作为机器人避撞的最优路径。该方法具有结构简单，实时性强，规划路径高效平滑和易于实现底层实时控制等优点，在机器人避障系统的路径规划中得到了广泛的应用。但是经典人工势场法和改进人工势场法仍存在一些问题和不足：障碍物附近目标不可达、在障碍物附近容易产生振荡和机器人易陷入局部极小点等。

通过查阅大量文献资料，针对目标点不可达问题大都采用考虑机器人与目标点之间的欧几里得距离，将其作为距离调节因子对斥力函数进行改进，解决了经典人工势场法目标点周围存在障碍物时，目标不可达的问题。但是，这种形式的斥力势场在保证目标点全局最小的情况下，导致机器人不在目标点附近时，极大的扭曲了斥力势场的形状，使得整个路径规划质量变差，进而使得改进的算法实用性变差，影响机器人的工作效率。

发明内容

本发明是基于经典人工势场法和改进人工势场法的问题和不足，提出一种基于改进人工势场法的割草机器人实时避障方法，不仅解决了机器人在障碍物附近目标不可达、在障碍物附近容易产生振荡和机器人易陷入局部极小值问题，而且使得整个路径规划质量更优，提高了机器人的运行效率，使得改进的算法更具有实用性和高效性。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种基于改进人工势场法的割草机器人避障方法，包括下述步骤：

S1、对割草机器人周围进行环境进行感知，实时反馈周围障碍物的距离和角度信息以及机器人自身的位姿信息，建立割草机器人周围环境模型，所述周围环境模型为各个障碍物和目标点相对于割草机器人的位置分布，同时设定引力势场增益系数和斥力势场增益系数；

S2、对引力势场函数进行改进，具体为：

由目标点生成的引力势场函数，其经典函数形式为

式中：ρ(X,X_g)为X和X_g两个位置之间的欧几里得距离，X为割草机器人当前位置，X_g为目标位置，k为大于0的引力势场系数；

当割草机器人与目标点之间的距离很大时，斥力在割草机器人运动控制中几乎不起作用，很容易导致割草机器人与障碍物发生碰撞；故通过增加一个由实际环境决定的范围值d来修改引力势场函数Ut_att(X)，避免机器人与障碍物发生碰撞；当机器人与目标点之间的距离小于d时，引力势场函数形式采用当机器人与目标点之间的距离大于d时，引力势场函数形式采用由此根据实际环境将引力势场分成以上连续的两段，可以很好地解决发生碰撞的问题，并且能够降低引力势场形状的畸变，则改进后引力势场函数具体形式为：