[发明专利]面向混合地形区域不确定环境的机器人全局路径规划方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人全局路径规划方法，尤其是面向混合地形区域不确定环境的机器人全局路径规划方法。

背景技术

机器人路径规划是指在分布有障碍物的环境中，找到从起始点到目标点的最合理、高效的避障路径。该路径往往在某一性能方面最优，如距离最短、运动时间最短等。一个好的路径规划方案是保障机器人高效完成任务的前提。

根据机器人对所处环境的掌握状况，已有规划方法可分为基于模型的全局路径规划方法和基于检测信息的局部路径规划方法。局部路径规划方法具有很好的实时性，但是无法保证机器人最终到达目标点。

研究可以保证机器人到达目标点的全局路径规划方法，已有技术包括2006年1月出版的《中国工程科学》第1期杂志“移动机器人运动规划研究综述”一文提到的可视图法、拓扑法和栅格法等传统方法，以及中国专利说明书CN1883887(2006年12月27日公布)公开的基于虚拟场景的机器人避障路径规划方法、中国专利说明书CN101769754A(2010年7月7日公布)公开的基于类三维地图的移动机器人全局路径规划方法、中国专利说明书CN201110046641.7(2011年2月26日公布)公开的大范围环境下基于模糊拓扑地图的全局路径规划方法等新型方法；以及利用智能优化算法来处理传统路径规划问题的方法，包括中国专利说明书 CN101604166（2009年12月16日公布）公开的基于粒子群优化算法的移动机器人路径规划方法，以及中国专利说明书CN101387888（2009年3月18日公布）公开的基于二进制量子粒子群算法的移动机器人路径规划方法、中国专利说明书CN201110004882.5 (2011年1月10日公布)公开的一种危险源环境下的机器人全局路径规划方法。上述全局路径规划问题具有如下特点：机器人的工作环境中只存在静态障碍物，并且运行环境是单一地形，如水泥或沥青地面。

针对机器人运行的地形条件而言，传统全局路径规划方法通常是在环境的路况（运行地形）一致性条件下展开，然而在机器人运行的实际工作环境中：一方面，不同区域的路况往往不同，如实际运行地面存在草地、沙地、水坑等；另一方面，各种地形的路况往往覆盖范围不同。在这种具有混合地形运行环境的机器人全局路径规划问题中，具有如下特点：综合考虑地形信息，采用加权路径长度作为路径评价指标。不同类型地形及其覆盖范围会直接影响到机器人全局路径规划中的路径寻优与避障效率，该问题也是机器人在实际推广应用中可能遇到的现实问题。

其次，传统全局路径规划方法在处理避障问题时，存在如下局限性：对于具有区域不确定性的障碍物和固定位置及形状的障碍物不加以区分，采用传统处理障碍物的方法处理这类区域不确定障碍物时，会导致路径对此类障碍物的过渡避让，影响路径优化效果。经查相关文献，目前还没有适用于混合地形区域不确定障碍物环境的机器人全局路径规划方法。

再次，现有全局路径规划方法中，大都通过在适应度函数中增加惩罚项来降低不可行路径的适应度，从而减小其被选择的概率，并通过插入可行点来对不可行路径进行修复。然而，由于插入的可行点是随机选取，可能导致修复后的路径仍然不可行，所以往往需要经过反复迭代修复，才能满足可行条件。显然，这种路径修复策略会消耗大量的计算时间，并降低路径规划效率。另外，现有方法中缺乏一种能将路径的可行性判断和不可行路径的修复策略有机融合的一体化判断和修复机制，从而导致计算复杂度增高。

发明内容

本发明的目的是要提供一种面向混合地形区域不确定环境的机器人全局路径规划方法，克服现有技术的不足，基于多目标文化算法的适于存在混合地形和区域不确定障碍物环境的高效机器人全局路径规划方法，使机器人快捷获得满意的最佳路径。

本发明的技术解决方案：一种基于多目标文化算法的移动机器人全局路径规划方法，具体步骤如下：

步骤1：探测并确定机器人的工作环境信息，包括机器人的起始点和目标点、静态障碍物的位置和形状、区域不确定障碍物的可能覆盖区域，以及不同地面状况的类型和区域；

步骤2：对机器人工作环境进行建模。根据静态障碍物的位置和形状，确定工作环境中的不可行区域；构建区域不确定障碍物的可能覆盖区域概率模型；根据各类地形（地面状况）的粗糙度和覆盖度，采用模糊规则确定各类地形的摩擦系数；采用点序列                                               表示第i条路径各转折点的相应坐标；