一种服务机器人室内复杂状况路径规划方法.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CN110319837A(43)申请公布日2019.10.11(21)申请号201910612272.X(22)申请日2019.07.09(71)申请人北方工业大学地址100144北京市石景山区晋元庄路5号(72)发明人马礼高翔傅颖勋马东超张永梅(51)Int.Cl.G01C21/20(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图1页(54)发明名称一种服务机器人室内复杂状况路径规划方法(57)摘要本发明提供了一种服务机器人室内复杂状况路径规划方法，包括：基于用二维数组表示的格栅地图确定起始点和目标点的坐标值，创建并初始化OPEN列表和CLOSE列表，将起始点放置于OPEN列表中；检测OPEN列表，判断路径是否搜索成功，若否，进行下一步；采用跳点拓展规则寻找备选路径，以减少无效备选点的拓展，加快路径搜索速度；检测路径点间的连通性，对无用路径点进行去除；基于向量叉积和向量点积为每一个路径点添加转向判断和所需旋转角度的信息。本发明同时检测间隔路径点间的连通性对路径点中冗余点做去除处理，减少机器人在不必要路径点处的停留以缩短总的路径长度。并运用向量点积和向量叉积在路径点处进行转向判断和转角计算，使机器人在路径点处可以自主调整位姿。CN110319837ACN110319837A权利要求书1/2页1.一种服务机器人室内复杂状况路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，基于用二维数组表示的格栅地图确定起始点和目标点的坐标值，创建并初始化OPEN列表和CLOSE列表，将起始点放置于OPEN列表中；其中，OPEN列表用于存放已经拓展而未考察的路径点，CLOSE列表用于记录已经访问过的路径点；步骤2，检测OPEN列表，判断路径是否搜索成功，若否，进行步骤3；步骤3，采用跳点拓展规则寻找备选路径，以减少无效备选点的拓展，加快路径搜索速度；步骤4，检测路径点间的连通性，对无用路径点进行去除；步骤5，基于向量叉积和向量点积为每一个路径点添加转向判断和所需旋转角度的信息。2.根据权利要求1所述的服务机器人室内复杂状况路径规划方法，其特征在于，所述步骤2包括：检测OPEN列表是否为空，若OPEN列表为空，则表示路径搜索失败没有找到可行路径；若OPEN列表不为空，从该列表中选取估价函数值最小的路径点，然后将该路径点从OPEN列表中取出来，放置到CLOSE列表中；查看该路径点是否与目标点的坐标值对应，如果是则表示路径搜索成功，退出，若坐标值不对应，进行步骤3。3.根据权利要求2所述的服务机器人室内复杂状况路径规划方法，其特征在于，所述估价函数表示为：f(n)＝g(n)+h(n)；其中，f(n)是指从初始路径点经过中间路径点n到到达目标点的代价估计，g(n)是在状态空间中从初始点到中间路径点n的实际代价值，h(n)是从中间路径点到达目标点的最佳路径的估计代价值。4.根据权利要求3所述的服务机器人室内复杂状况路径规划方法，其特征在于，所述步骤3包括：设定跳点的拓展规则；所述拓展规则为：若y以最小的值k,使得并且满足下列条件之一，则路径点y为来自路径点x在d方向上的跳点：条件①，路径点y是目标点；条件②，当沿直线方向拓展跳点时，y路径点含有被迫邻居；条件③，当沿对角线方向拓展跳点时，存在一个经由y路径点沿直线或者对角线方向拓展得到的跳点z，即跳点z经过y路径点且满足条件②；在拓展的过程，依据跳点的拓展规则将路径点的八个方向对应的备选路径点全部拓展出来，假设备选点用m表示，则计算每一个备选点m的估价函数值，选取备选点中估价函数值最小的路径点为下一子目标点，然后重复步骤二和步骤三，直到找到的路径点时目标点，得到初始路径Pn，否则算法搜索失败。5.根据权利要求4所述的服务机器人室内复杂状况路径规划方法，其特征在于，所述步骤4包括：从起始点开始，对所得的初始路径点集合Pn进行平滑处理，逐一判断当前路径点Pi的前路径点Pi-1和后路径点Pi+1两路径点之间直连情况下是否存在障碍物，若无障碍物存在则将2CN110319837A权利要求书2/2页该冗余路径点Pi删除，若存在障碍物则继续对下一路径点判断处理，直至遍历完所有的路径点为止。6.根据权利要求5所述的服务机器人室内复杂状况路径规划方法，其特征在于，步骤4中所述判断两路径点之间直连情况下是否存在障碍物的方法包括：输入两个路径点的坐标值及两点之间连线的斜率值k，分三种情况进行处理：一种是两点之间连线斜率不存在的情况，即该直线垂直于X轴，两路径点的相对位置在同一垂直线上；第二种情况是直线的斜率为零的情况，即直线垂直于Y轴，两路径点的相对位置在同一水平线上；第三种情况是当斜率存在且不为零的情况，两路径点相对位置在对角线方向上，首先判断斜率是否大于1