[发明专利]一种基于改进人工势场法的机器人路径规划方法

权利要求书

1.一种基于改进人工势场法的机器人路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：初始化物流车间信息，确定机器人当前位置、目标位置、静态和动态障碍物的位置；

步骤2：根据A*算法，进行全局路径规划，得到初始路径，初始路径中每一个拐点设置为子目标点；

步骤3：将障碍物及物流车间环境中的边界设置为斥力级，子目标点引力级，将目标点设置为势能最小值点；

步骤4：机器人在行驶过程中如遇到障碍物时计算机器人当前位置受到的引力及斥力，并计算合力的方向机大小，根据合力引导机器人往下一个地方行驶；

步骤5：将人工势场法的斥力场函数进行优化，在人工势场法中引入机器人碰撞系数；

步骤6：机器人在传感器检测到周围有未知动态障碍物后利用改进的人工势场法与障碍物相斥的原理进行局部避障；

步骤7：避开障碍物后势力引导机器人回到初始路径；

步骤8：若已行驶到最终目标点，则结束算法循环，否则，跳转到步骤4。

2.根据权利要求1所述的一种基于改进人工势场法的机器人路径规划方法，其特征在于，所述步骤2中A*算法规划全局路径的具体操作如下所述：

A*算法的估价函数定义如下：

f(j)＝g(j)+h(j)

其中，f(j)是节点j的估价函数；g(j)为节点j的实际代价函数，表示从起始节点到当前节点的实际移动开销；h(j)为节点j的启发函数，表示从当前节点到目标节点最优路径的估计移动开销，使得路径搜索具有方向性；

当h(j)选用曼哈顿距离作为启发函数时：

h(j)＝|x_tar-x_cur|+|y_tar-y_cur|。

3.根据权利要求1所述的一种基于改进人工势场法的机器人路径规划方法，其特征在于，所述步骤3按照如下步骤进行，将地图中的机器人简化为一个质点，在机器人行驶环境中构建合理的虚拟势场函数，将机器人所在位置的势场函数设为U_p，U_a表示目标点的引力势场函数：

式中,K_att为引力势场正比列系数，p为车辆的坐标位置，p_g为车辆的目标点位置，n为引力势场因子，ρ(p，p_g)为车辆与目标的距离；

引力势场函数U_a求导可得到引力函数，将引力以F_a表示：

U_r表示障碍物的斥力场函数：

其中，K_r为斥力势场正比列系数，p为车辆的坐标位置，p_obs为障碍物的坐标位置，ρ₀为障碍物的最大影响距离，ρ(p，p_obs)为车辆与障碍物之间的距离；

引力势场函数U_att求导可得到引力函数，将引力以F_r表示：

引力势场函数U_a和斥力势场函数U_r的数学表达式，可经过势场的叠加，得到合势场函数U_p的数学表达式如下：

U_p＝U_a+U_r

在势场空间受到的合力函数F_p，分别由引力函数F_a与斥力函数F_r二者矢量叠加，其具体的数学表示如下：

F＝-▽U_p＝-▽U_a-▽U_r＝F_a+F_r。