[发明专利]一种基于改进A*算法的自主导航智能轮椅路径规划方法

说明书

本发明公开了一种基于改进A*算法的自主导航智能轮椅路径规划方法。所述方法包括：将地图栅格化并确定起点、终点；利用蜜糖扩散法对地图每个栅格标记气味素值；通过A*算法进行全局路径规划，A*算法运行后，每个节点只向气味素值比自身大的方向进行扩展，与传统A*算法向周围8个方向扩展相比缩减了每一步的扩展方向数量；通过滚动窗口算法进行局部路径规划，当轮椅陷入局部极小点时跳出滚动窗口算法，采用障碍物边沿跟随模式摆脱障碍物。与传统A*算法相比，本算法计算量更小、实时性更高；并且可以实现遇到动态障碍物时的局部路径规划，使轮椅可以处理在行驶过程中遇到的突发状况。

技术领域

本发明涉及一种基于改进A*算法的自主导航智能轮椅路径规划方法，尤其涉及一种将改进A*算法和滚动窗口算法相结合的路径规划方法。

背景技术

目前全球人口老龄化现象势不可挡，中国已经成为世界上老年人口最多的国家。我国还面临着较大的残疾人规模，且残疾人口数量逐年增加。轮椅是老年人和残疾患者日常出行中必不可少的移动工具。现有的智能轮椅具有多种人机交互方式，适用于多种人群，但对于高度残疾患者仍无法实现自主出行，且在使用过程中需用户频繁操作，自行判断是否到达目的地。若智能轮椅具有路径规划的功能，在前往终点的运动过程中可以实现轮椅的自主移动与避障，则可以让高度残疾患者实现自主出行，同时可极大降低用户的操作难度，不但在人机交互上更加友好，也使得轮椅的操作更加安全、便捷。

路径规划是运动规划的主要研究内容之一。连接起点位置和终点位置的序列点或曲线称之为路径，构成路径的策略称之为路径规划。路径规划分为全局路径规划及局部路径规划，全局路径规划是基于先验环境信息，根据起点规划出一条到终点的全局路径；局部路径规划是在沿着全局路径规划生成的可行驶路线行驶过程中，通过传感器感知周围局部环境，在遇到突发状况时可以制定出一条最优的可控行驶的局部路径。

A*算法作为一种经典的全局路径规划算法，是在传统图搜索思维下的智能启发式算法，相比较传统图搜索算法具有搜索过程简单、规划路径简短等特点。但因其启发函数考虑维度简单导致A*算法的计算量较大，同时作为一种全局路径规划算法，A*算法不具有动态避障的功能，无法对轮椅移动过程中出现的动态障碍物进行规避。因此本发明将对传统A*算法进行改进，提出了一种基于改进A*算法的自主导航智能轮椅路径规划方法。

发明内容

本发明的目的在于公开一种基于改进A*算法的自主导航智能轮椅路径规划方法，使智能轮椅可完成起点至终点的路径规划并在移动过程中可自动规避动态障碍物。

一种基于改进A*算法的自主导航智能轮椅路径规划方法，包括：

步骤一、地图初始化：将地图栅格化并确定起点、终点；

步骤二、地图预处理：利用蜜糖扩散法对地图每个栅格标记气味素值；

步骤三、全局路径规划：通过A*算法进行全局路径规划，且A*算法运行后每个节点只向气味素值比自身大的方向进行扩展；

步骤四、局部路径规划：在轮椅移动过程中，若遇到动态障碍物，则通过滚动窗口算法进行局部路径规划，若未遇到则直接执行步骤六；

步骤五、若轮椅陷入局部极小点，进入障碍物边沿跟随模式绕过障碍物；

步骤六、完成路径规划。

步骤一中的地图栅格化是指将轮椅所处的地图空间分解成一个个独立的单元格，即栅格，并且栅格之间相互连接但不重叠。如果栅格中没有障碍物，那么轮椅在该栅格中可自由通行，反之，若栅格中存在障碍物则称为障碍栅格(对于障碍物仅占据部分空间的栅格同样视为障碍栅格)，在蜜糖扩散法和A*算法运行时均不会对障碍栅格进行标记和扩展。

步骤二中的蜜糖扩散法是模仿气味从“食物”即源点往周围扩散的一种算法，假设在某一地点存放一带有浓烈气味的食物，食物的气味呈辐射状向周围扩展，距离越远味道越淡，处在相同距离的位置上的浓度则相差无几。