[发明专利]一种用于双足机器人的三维路径规划方法

说明书

本发明提供了一种双足机器人的三维路径规划方法，属于机器人路径规划技术领域，综合考虑双足机器人可跨越物体或可上台阶的最大高度、可跨越物体的最大宽度、双足机器人足部长度以及三维环境中物体的位置和尺寸，重新设计节点的代价，并进行代价评估，在存在多种类型物体的复杂环境中提前计算一条代价最小的三维路径；该方法规划得到的路径，能够引导机器人在相应的环境中执行跨越、绕行、上台阶的运动。与现有技术相比，本发明能够充分发挥双足机器人的运动潜能，提高通行效率；同时也使得双足机器人运算负荷减轻，计算速度更高。

技术领域

本发明属于机器人路径规划技术领域，具体涉及一种用于双足机器人的三维路径规划方法。

背景技术

双足机器人因其具有人类的外形特征，设计之初就是希望他将来能够代替或协助人类完成一些工作。人类在复杂的三维环境中的运动方式是多种多样的，如绕过不能穿越的障碍物，跨过低矮的障碍物，迈上多级的台阶等；而在穿越环境完成任务的过程中是否有必要执行这些动作中的一种或几种，是根据自身条件和经验选择的可通行路径所决定的。

在包含多种类型障碍物的复杂环境中，双足机器人从一个位置运动到另一个位置可能存在多条可行路线。有的路线绕过所有具有高度和宽度信息的物体，到达指定地点；有的路线穿越了具有较低高度和较宽宽度的物体。现有技术主要是利用不同的算法，如A*、RRT、ARA*等，在二维平面规划一条最短路径，或者是利用步态规划获得路径。现有技术存在如下问题：

(1)现有方法没有充分考虑双足机器人腿的优势(即腿所具有的跨越)和上台阶的运动能力，所规划出来的路线单纯停留在二维平面，将所有具有高度的障碍物都绕行，这样规划出的路线并不是最优的，严重限制了双足机器人的运动潜能，降低了运动的效率。

(2)现有方法规划出的路线虽然是一条三维路线，但是这条路线是服务于移动式机械设备，完全不符合双足机器人的运动约束；还有的方法没有考虑环境中多种类型的物体，所规划的结果只是针对较简单类型的环境。

(3)现有方法将路径规划与步态规划相结合，技术复杂、技术成本较高，严重影响双足机器人的快速反应能力。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种用于双足机器人的三维路径规划方法，使得双足机器人充分发挥自身的运动潜能，提高通行效率，顺利通过复杂环境，同时减轻机器人在运动过程中的计算负荷，降低技术成本。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种用于双足机器人的三维路径规划方法，包括如下步骤：

步骤(1)，障碍物标识

在栅格地图上使用(x，y，z，w，mark，inherit)表示节点，其中(x、y、z)表示节点的位置，w表示节点所在平面的长度，w通过判断z值进行赋值：当某个节点n_i的z值与它正前方节点n_i+1，n_i+2…n_i+k的z值相等，则所述节点n_i，n_i+1…n_i+k的w＝(k+1)L_p，根据w的值，判断所述k+1个节点能否放置双足机器人的足部；其中L_p为栅格地图的精度；