基于改进型人工势场法的机器人路径规划方法和装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110221613A(43)申请公布日2019.09.10(21)申请号201910508729.2(22)申请日2019.06.12(71)申请人北京洛必德科技有限公司地址100000北京市海淀区北太平庄街道知春路6号院锦秋国际大厦A1002(72)发明人吴新开霍向熊仲夏宋涛(74)专利代理机构北京华仁联合知识产权代理有限公司11588代理人苏雪雪(51)Int.Cl.G05D1/02(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图3页(54)发明名称基于改进型人工势场法的机器人路径规划方法和装置(57)摘要本发明提供一种基于改进型人工势场法的机器人路径规划方法和装置。方法包括：确定机器人的初始起点、最终目标点，以及机器人的决策时间窗口长度和窗口时长，并将时间针的初始值设置为第一个决策时间窗口期；在时间针的时间窗口内确定机器人的局部起点和要到达的局部目标点，基于改进型人工势场法生成周围环境的势场；根据周围环境的势场驱动机器人移动，在该时间针的时间窗口内从局部起点和到达局部目标点；判断该局部目标点是否为机器人要到达的最终目标点，若为是，则完成路径规划，若为否，则将时间针设置为机器人的下一个决策时间窗口期，继续执行下一轮循环。本发明提供的技术方案可驱动机器人有效避开障碍物位置，且快速到达目标位置。CN110221613ACN110221613A权利要求书1/2页1.一种基于改进型人工势场法的机器人路径规划方法，其特征在于，包括：S1、确定机器人的初始起点和最终目标点；S2、根据机器人的初始起点和最终目标点，确定机器人的决策时间窗口长度和窗口时长，并将时间针的初始值设置为第一个决策时间窗口期；S3、在时间针的时间窗口内确定机器人的局部起点和要到达的局部目标点，并获取周围环境信息；S4、根据获取的周围环境信息，基于改进型人工势场法生成周围环境的势场；S5、根据周围环境的势场驱动机器人移动，在该时间针的时间窗口内从局部起点和到达局部目标点；S6、判断该局部目标点是否为机器人要到达的最终目标点，若为是，则完成路径规划，若为否，则执行S7；S7、将时间针设置为机器人的下一个决策时间窗口期，继续执行S3。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在S4中所述基于改进型人工势场法生成周围环境的势场，包括：建立机器人到局部目标点的引力函数和引力势场函数；建立障碍物对机器人造成的人工斥力模型和人工斥力势场模型；计算机器人的引力和斥力的合力；由计算出的机器人的合力控制机器人的加速度。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，建立的机器人到局部目标点的引力函数为：式中，amax为机器人能达到的最大加速度，m为机器人自身重量。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，建立的机器人到局部目标点的引力势场函数为：式中，amax为机器人能达到的最大加速度，m为机器人自身重量。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，建立的障碍物对机器人造成的人工斥力模型为：式中，ρt为时间窗口期t内检测的环境中机器人到最近障碍物的欧式距离，为时间窗口期t内机器人的速度，c为斥力系数。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，斥力系数c的计算公式为：式中，vmax为机器人的最大速度，amax为机器人的最大加速度，l0为机器人的安全范围距离，m为机器人的质量。2CN110221613A权利要求书2/2页7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，机器人的安全范围距离l0的计算公式为：式中，vmax为机器人的最大速度，amax为机器人的最大加速度。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，建立的障碍物对机器人造成的人工斥力势场模型为：式中，ρt为时间窗口期t内检测的环境中机器人到最近障碍物的欧式距离，为时间窗口期t内机器人的速度，c为斥力系数，m为机器人自身重量。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，机器人的引力和斥力的合力的大小的计算公式为：式中，为机器人到局部目标点的引力函数，为障碍物对机器人造成的人工斥力模型，vmax为机器人的最大速度，vt为机器人的当前速度，l0为机器人的安全范围距离，ρt为时间窗口期t内检测的环境中机器人到最近障碍物的欧式距离，ε为环境调整系数，该数值为矫正在实际环境中的复杂情况，在实际应用中通过多次测试结果来确定该数值。10.一种基于改进型人工势场法的机器人路径规划装置，其特征在于，包括：初始化模块，用于确定机器人的初始起点和最终目标点；处理模块，用于根据机器人的初始起点和最终目标点，确定机器人的决策时间窗口长度和窗口时长，并将时间针的初始值设置为第一个决策时间窗口期；所述处理模块还用于在时间针的时间窗口内确定机器人的局部起点和要到达的局部目标点，并获取周围环境信息；所述处理模块还用于根据