[发明专利]一种基于二元环境信息的移动机器人局部路径规划方法

摘要

一种基于二元环境信息的移动机器人局部路径规划方法步骤如下：(1)计算目标点在局部路径规划坐标系下的坐标；(2)计算无障碍时的默认规划路径，包括默认输出曲率为S₀和默认输出弧长L₀；(3)中间变量，即左右两侧避障弧段及局部路径规划参数初始化；(4)根据敏感器输出，获取二元环境信息描述，并对障碍进行分类；(5)选取当前最优弧段；(6)计算障碍与步骤(5)的当前最优弧段的相对位置关系，并对障碍进行重新分类；(7)更新左右避障弧段；结束上述工作后，返回步骤(4)重新比较和选取当前最优弧段，进入下一次循环；(8)输出局部路径规划结果。本发明简单、高效，易于实现，满足了移动机器人连续行走的规划实时性要求。

主权项

1、一种基于二元环境信息的移动机器人局部路径规划方法，其特征在于步骤如下：(1)计算目标点在局部路径规划坐标系下的坐标x0、y0；(2)计算无障碍时的默认规划路径，包括默认输出曲率为S0和默认输出弧长L0；(3)中间变量，即左右两侧避障弧段及局部路径规划参数初始化定义左避障弧段为从左侧避过当前目标点方向上的障碍所需的最小曲率，即最靠右侧的弧段，右避障弧段为从右侧避过当前障碍所需的最大曲率，即最靠近左侧的弧段，左右避障弧段的弧长分别为Ll、Lr，左右避障弧段的曲率分别为Sl、Sr，初始条件下，两弧段均与步骤(2)中计算出的默认规划弧段重合，即有Sl＝Sr＝S0、Ll＝Lr＝L0；局部路径规划的参数为：移动机器人的长度a、宽度b，移动机器人所能实现的最小转弯半径Rmin或最大曲率Smax、局部路径规划有效距离D，Rmin和Smax均为标量，且满足Smax＝1/Rmin，局部路径规划的输出弧段曲率限制在[-Smax，Smax]区间内，D＝min(Ds，Dt)，其中Ds为环境感知有效距离，可根据敏感器配置情况和运动控制精度确定，Dt为目标点距离(4)根据敏感器输出，获取二元环境信息描述，并对二元环境信息中的障碍信息进行初始分类a.将二元环境中的障碍信息以xfi，xri，yli，yri的形式给出，分别对应每个障碍的前边界X坐标、后边界X坐标、左边界Y坐标、右边界Y坐标，i＝1，2，…，n，n为障碍总数；b.根据障碍与左右避障弧段的相对位置关系，将障碍分为四类，即未知障碍、左侧障碍、右侧障碍、可忽略障碍；未知障碍即障碍与左右避障弧段的相对位置关系未知；左侧障碍即障碍位于右避障弧段左侧；右侧障碍即障碍位于左避障弧段右侧；可忽略障碍包括两类情况，其一为障碍位于左右避障弧段之间，则此时可认为该障碍已经被避过，可不予考虑，其二为障碍到移动机器人的距离大于有效距离，不会影响本次路径规划结果的执行，因此在当前局部路径规划过程中可不予考虑；c.将所有的障碍初始分类定义为未知障碍；(5)选取当前最优弧段比较左右避障弧段，从其中选取曲率与默认规划路径的曲率最接近的，视为当前的最优弧段，最优弧段的曲率和弧长分别为Sc和Lc，即比较|Sl-S0|和|S0-Sr|，如果|Sl-S0|≤|S0-Sr|，则令Sc＝Sl、Lc＝Ll，否则令Sc＝Sr、Lc＝Lr；(6)计算障碍与步骤(5)的当前最优弧段的相对位置关系，并对障碍进行重新分类顺序读取障碍的信息，如果是未知障碍且障碍与移动机器人的距离大于规划有效距离D，则直接将其重分类为可忽略障碍；否则计算障碍与当前最优弧段的相对位置关系，判断障碍在最优弧段的左侧、或右侧，或落在最优弧段上，如果障碍落在最优弧段上，则中断步骤(6)进入步骤(7)，否则对障碍进行重新分类，然后读取下一障碍信息；如果全部障碍信息都已读取完毕，仍没有因为障碍在弧段上而中断，则当前最优弧段上没有障碍，为可行规划弧段，可直接转入步骤(8)输出规划结果；(7)更新左右避障弧段当前最优弧段为左避障弧段时，则更新左避障弧段；当前最优弧段为右避障弧段时，则更新右避障弧段，在更新左右避障弧段之后，障碍不再落在弧段上，对于左避障弧段，此时障碍在弧段右侧，对于右避障弧段，此时障碍在弧段左侧，然后再根据障碍的类别属性，对当前障碍进行重新归类；结束上述工作后，返回步骤(5)重新选取最优弧段；(8)输出局部路径规划结果步骤(6)中若遍历所有障碍后，没有障碍落在当前最优弧段上，则当前最优弧段为可行规划弧段，将曲率Sc和弧长Lc作为当前最优规划路径输出给导航与控制系统，并结束当前局部路径规划进程。