[发明专利]一种具有航向约束的跟随机器人路径规划方法及系统

说明书

本公开提供了一种具有航向约束的跟随机器人路径规划方法及系统，通过A*算法确定初始第一最短路径和第一期望航向，然后获得更新后的第二最短路径和第二期望航向，利用可通行栅格骨架中寻找与第一期望航向具有最小差值的航向，若此航向大于第二设定阈值，则按照第二最短路径行走，否则将此航向对应的圆周与可通行栅格骨架的交点标记为路径关键点，利用A*算法分别规划从机器人到该路径关键点以及从该关键点到终点的第三路径；若第三路径与第二最短路径的长度之差小于第三设定阈值，则认定第三路径为最优路径，否则机器人按照第二最短路径行走；本公开在优先保证机器人航向稳定的前提下对路径进行重规划，极大的提高了机器人运动的稳定性。

技术领域

本公开涉及跟随机器人路径规划技术领域，特别涉及一种具有航向约束的跟随机器人路径规划方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

近些年，随着机器人和人工智能的快速发展，跟随机器人已经成为研究的热点。与传统机器人相比，跟随机器人能与人自然交互，可在复杂环境下完成动态、灵活、精细的作业。目前，跟随机器人已经广泛应用于人们的日常生活中。例如，在机场，跟随机器人可用于帮助老年人搬运行李；在仓库，工作人员可引导跟随机器人将货物搬运到指定地点；在商场，人们可将商品放在机器人上进行愉快的购物。由此可见，跟随机器人有着广泛的应用前景和重要的研究意义。

跟随机器人在跟随行走过程中需要根据自身传感器对环境的感知，自行规划出一条安全的运行路线，同时高效完成作业任务。机器人常用的路径规划算法有人工势场法、图搜索算法(A*算法、D*Lite算法、ARA*算法等)、遗传算法、人工神经网络、模糊逻辑等。

本公开发明人发现，由于跟随机器人所处环境复杂多变，跟随的目标也处于运动状态，同时环境遮挡或障碍物移动容易导致机器人定位信息以及环境先验信息较难准确获取，此时为保证机器人运动的安全性，其路径规划只能‘看’一下，更新一下，再‘看’一下，再更新一下，需要频繁的路径重规划，该种局部路径规划方式有利于提升机器人应对突发情况的反应能力，但如何消除传统路径规划算法只对路径长度进行约束而忽略机器人航向，从而导致路径重规划时机器人航向易出现波动的问题，现有路径规划算法尚未给出明确的处理方案。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种具有航向约束的跟随机器人路径规划方法及系统，在优先保证机器人航向稳定的前提下对路径进行重规划，极大的提高了机器人运动的稳定性。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开第一方面提供了一种具有航向约束的跟随机器人路径规划方法。

一种具有航向约束的跟随机器人路径规划方法，包括以下步骤：

构建环境栅格地图，机器人置于最下行栅格的中间位置，然后根据环境信息，将障碍物及目标位置投影到栅格地图中；

通过A*算法进行初始路径规划，确定当前时刻机器人的第一最短路径和第一期望航向，在目标和机器人运动过程中，通过A*算法进行路径重规划，获得更新后的机器人第二最短路径和第二期望航向；

如果第二期望航向与第一期望航向的差值小于第一预设阈值，则机器人按照第二最短路径行走；否则，认为更新后的路径尚不满足机器人航向稳定要求，利用栅格地图提取连接机器人与目标点的可通行栅格骨架，结合A*算法进行路径规划的优化。

作为可能的一些实现方式，所述路径规划的优化方法，具体为：

由栅格地图提取连接机器人与目标点的可通行栅格骨架，计算所有候选航向角度，从中寻找与第一期望航向具有最小差值的航向；