[发明专利]一种基于改进的RRT路径规划方法和系统

权利要求书

1.一种基于改进的RRT路径规划方法，其特征在于：包括以下步骤，

避障模块(100)通过快速扩展随机树生成随机点，利用新的子节点的扩展公式：q_new＝q_near+step*(q_rand-q_near)/||q_rand-q_near||来扩展新的子节点并构建随机树，找出路径；

分段拟合模块(200)根据生成路径点的离散信息绘制出离散点图包括已知的二维数据x_i、i，用绘图函数plot(x，y，′k^*′)绘出其散点图；根据散点图，判断分段曲线的分段区间，同时判断每个分段区间内的散点符合某个数学模型；根据散点图构造数学模型；根据数学模型构造优化判据将离散点分段拟合，并求出各个拟合折线段的交点作为路径控制点；

信息提取模块(300)以所述路径控制点为圆心和可调半径作圆，制作掩模mask，提取所述掩模mask的ROI区域，对ROI区域运用形态学图像处理，检测障碍物的轮廓，计算各个障碍物轮廓点到控制点的最小距离并提取该障碍物点的位置信息。

2.如权利要求1所述的基于改进的RRT路径规划方法，其特征在于：所述避障模块(100)的路径生成包括以下步骤，

基于Windows平台搭建VS2015+OPencv3.4.3+Egien3环境；

VSLAM构建室外场景的3D点云图；

将3D点云图转换到2D栅格地图；

在地图上指定起点和终点位置信息，读入栅格地图；

根据指定起始点和终止点坐标信息，利用快速扩展随机树算法，生成从起点到终点的路径。

3.如权利要求2所述的基于改进的RRT路径规划方法，其特征在于：所述信息提取模块(300)包括以下步骤，

对ROI区域的障碍物信息做形态学图像处理，得到障碍物块；

对障碍物块在进行轮廓查找，给障碍物块赋予索引信息；

再用递归算法分别求出各个障碍物块距离控制点的最小距离，求出最小距离点。

4.如权利要求1～2或3任一所述的基于改进的RRT路径规划方法，其特征在于：所述生成路径还包括以下步骤，

将初始状态点q_init作为随机树的根节点；

然后在状态空间内以均匀分布的概率生成一个随机采样点q_rand，遍历当前随机树中所有节点并找到距离q_rand点最近的子节点q_near，在q_rand和q_near的连线上以一定的步长step扩展一个新的子节点q_new；

若q_new和q_near的连线段与障碍物未发生碰撞，则将q_near以及该连线段分别作为新的子节点和新的边加入到随机扩展树中。

5.如权利要求4所述的基于改进的RRT路径规划方法，其特征在于：还包括以下步骤，

若发生碰撞，则舍弃该点重新选择q_near。重复上述过程直至q_near到达q_goal或q_goal附近的目标区域，则成功找到一条从q_init到q_goal的规划路径；

若超过一定数量的扩展节点仍未到达目标区域或客观上不存在一条从起点至终点的无碰路径，则返回规划失败。

6.如权利要求5所述的基于改进的RRT路径规划方法，其特征在于：所述分段拟合模块(200)包括以下步骤，

所述分段区间分别用拟合函数，去拟合其数学模型的系数；

拟合后的数学模型的数值和已知的散点值作对比，判断拟合的数学模型是否合理，用决定系数R²来判断，当R²≈1拟合为合理。