[发明专利]机器人全局路径规划方法

说明书

本发明公开了一种机器人全局路径规划方法，该方法包括环境建模、路径规划，该方法通过二维空间进行环境建模，且通过基于切比雪夫距离的算法实现路径规划。本发明通过二维建模和相关算法，能够有效且准确地规划机器人的路径，运算量小，运算速度快，能够满足机器人实时进行路径规划的需要。

技术领域

本发明属于机器人的技术领域，特别涉及机器人移动的路径规划方法。

背景技术

机器人是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。随时技术水平的提高，机器人的智能化越来越高，已经逐步进入到人们的日常工作和生活领域。

全路径规划是指机器人在具有障碍物的环境内，按照一种或多种性能指标，寻找一条从起始点到目标点的最优无碰撞路径。针对目前已有的路径规划算法，根据机器人所处的具体环境选择合适的算法，使得机器人在环境中能够稳定运行变得至关重要。针对已知地图的全局路径规划，其基本问题是环境建模和搜索运动路径。

对于机器人来说，一个重要的任务是模拟人的行走，以实现动态地为人们提供各种服务。传统的方式是通过传感器感知环境及物体，从而计算出移动路线。但是仅靠传感器探测与实时规划路线，机器人可能达到不了终点，因此，人们提出了全局路径规划的概念，全局路径规划首先要建立环境模型，然后搜索路径、规划路线。全局路径规划方法有可视图法、自由空间法、环境地图法和栅格法，其中，环境建模是对机器人实际的工作环境进行抽象转换成算法可以识别的空间。根据构型空间理论，取机器人能自由活动并考虑安全阈值后的最小矩形空间作为栅格单元，将机器人的工作空间划分为栅格。这样可以根据机器人及实验场地大小选择合适的栅格尺寸，既保证了栅格数目不会过量，又提高了精度。目前栅格法以基于势场的栅格法为主，然而上述栅格法需要进行三维运算，运算数据量很大，效率低，且具有一定的误差，难以满足机器人路径实时规划的需要。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种机器人全局路径规划方法，该方法能够有效且准确地规划机器人的路径，运算量小，运算速度快，能够满足机器人实时进行路径规划的需要。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种机器人全局路径规划方法，该方法包括环境建模、路径规划，其特征在于该方法通过二维空间进行环境建模，且通过基于切比雪夫距离的算法实现路径规划。

进一步，所述二维空间是将机器人的工作空间取为二维空间，无障碍物的栅格称为自由栅格，含有障碍物的栅格成为障碍栅格，为保证安全性，不满一个栅格的均按一个栅格处理；对于二维空间中划分的栅格采用直角坐标系法来进行标识，通过这种方式进行环境建模。

更进一步，所示环境模型建立后，对栅格环境模型进行信息编码：障碍栅格信息记为1；自由栅格信息记为0，然后用整型二维数组来存储环境模型信息，形成信息模型。

进一步，通过算法对环境中的节点进行搜索，使得从初始节点到目标节点的估价函数最小或接近最小。

更进一步，所述估价函数定义如下：

f(n)＝g(n)+h(n)

其中f(n)是初始节点经过节点n到达目标节点的估价函数，g(n)是初始节点到节点n的实际代价，h(n)是节点n到目标节点最理想路径的估计代价。

进一步，所述算法中涉及两个队列：OPEN队列和CLOSED队列，OPEN队列保存了所有没有访问的节点，该队列中估价值最小的节点将被父节点优先访问，CLOSED队列中保存了已经访问过的节点，选取最后访问的节点向周围节点试探，将可以移动且估价值最小的节点放入CLOSED队列。

更进一步，所述具体规划流程如下：