[发明专利]一种基于改进人工势场法的消防移动机器人路径规划方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于改进人工势场法的消防移动机器人路径规划方法及系统，方法包括获取火灾点；获取火灾点附近的消防移动机器人的坐标点；设置目标点，并建立目标点和消防移动机器人之间的对应关系；读取环境信息，采用改进人工势场法计算消防移动机器人对应的合力；判断消防移动机器人是否陷入局部极小点，若是则采用模拟退火算法逃离局部极小点，然后重新计算合力；否则将计算得到的合力发送至对应的消防移动机器人，判断运动后的消防移动机器人是否达到对应的目标点，若已达到目标点则执行灭火作业；否则重新计算合力。本发明解决了人工势场法路径规划时出现的目标不可达和陷入局部极小点问题，同时消防移动机器人规避障碍更快到达目标点。

技术领域

本申请属于移动机器人路径规划技术领域，具体涉及一种基于改进人工势场法的消防移动机器人路径规划方法及系统。

背景技术

随着机器人技术的高速发展以及“智慧消防”政策的大力推动，消防移动机器人在火灾救援中扮演着越来越重要的角色。目前，市面上常见的消防移动机器人都是基于人工操作的方式执行灭火救灾工作，自主化程度较低，这限制了消防移动机器人的推广。因此，新一代智能消防移动机器人成为新的发展趋势。智能消防移动机器人能实现自主巡逻、火灾预警、自主识别火灾和灭火等功能，从而最大限度保障人员和财产损失。其中，自主导航和路径规划技术是自主运行的根本。路径规划要求在一种有障碍物的工作环境中，根据传感器及其给予的指令，按照某些指标要求，搜索一条能安全绕过所有障碍物的从起始点到目标点的最优或次优无碰撞路径。

目前路径规划常用的方法有人工势场法、A*算法、神经网络算法、遗传算法和蚁群算法等。上述算法存在模型复杂、计算量大和收敛速度慢等问题不太适合运用到消防移动机器人上。人工势场法有模型简单、计算量小和实时性强等优点，很容易在消防移动机器人上实现，所以常选择人工势场法作为消防移动机器人的路径规划算法。但人工势场法存在目标不可达和局部极小点问题，尤其对于消防移动机器人来说，火灾点通常会被看成一个障碍物，而目标点往往都会设置在火灾点附近，这样造成的结果是人工势场法的目标不可达问题会经常发生。因此需要一种改进算法解决目标不可达问题，尤其是解决火灾情况下的目标不可达问题。

发明内容

本申请的目的在于一种基于改进人工势场法的消防移动机器人路径规划方法及系统，很好的解决了人工势场法路径规划时出现的目标不可达和陷入局部极小点问题，同时又可以让消防移动机器人规避障碍更快到达目标点。

为实现上述目的，本申请所采取的技术方案为：

一种基于改进人工势场法的消防移动机器人路径规划方法，所述基于改进人工势场法的消防移动机器人路径规划方法，包括：

步骤S1、获取火灾的坐标点作为火灾点；

步骤S2、获取距离火灾点在预设范围内的消防移动机器人的坐标点，并统计获取的消防移动机器人的总数量；

步骤S3、根据获取的消防移动机器人的总数量和火灾点设置目标点，并建立目标点和消防移动机器人之间的对应关系；

步骤S4、读取预存的环境信息，采用改进人工势场法计算消防移动机器人对应的合力，包括：

步骤S41、读取预存的环境信息，统计障碍物的坐标集合；

步骤S42、根据障碍物的坐标集合建立引力场U_att(q)和斥力场的势场函数；

步骤S43、将势场函数的负梯度定义为人工力，引力F_att(q)为引力场U_att(q)的负梯度，斥力为斥力场的负梯度；

步骤S44、建立火灾点对消防移动机器人的斥力场U_repd(q)和斥力F_repd(q)；

步骤S45、建立消防移动机器人之间的斥力场和斥力