[发明专利]一种基于预规划路径优化RRT算法的三维避障航迹规划方法

说明书

本发明涉及一种基于预规划路径优化RRT算法的三维避障航迹规划方法，该方法包括以下步骤：步骤1：在障碍物膨胀规则和起点到终点连线与障碍物相交规则下生成预规划路径；步骤2：针对预规划路径从其中通过提取得到RRT搜索树的随机状态点；步骤3：RRT搜索树由起点沿着预规划路径上的随机状态点进行扩展，直至终点，生成避障轨迹。与现有技术相比，本发明提前生成的预规划路径可强化RRT扩展树搜索的连贯性，减少障碍物碰撞检测的时间；预规划路径上生成的连续质点作为搜索树在扩展中的随机状态点，可使搜索树的扩展具有方向性，进而减少避障搜索的时间，提高无人机避障规划的效率。

技术领域

本发明涉及一种航迹规划方法，尤其是涉及一种基于预规划路径优化RRT算法的三维避障航迹规划方法。

背景技术

目前很多基于改进RRT算法的无人机的避障航迹规划方法都是基于二维平面实现的，但是对于环境建模难度大、计算量大等问题，还未能在三维空间内利用RRT得到令人满意的避障规划路径。此外，随着维数的增加，如果仍采用传统的环境建模方法，RRT算法的计算量会大量增加，实时性会大幅度降低。

传统的RRT算法的随机树扩展的盲目性大，缺乏导向性，缺乏衡量航迹优劣的评价标准，在狭窄的通道寻路能力较差和生成的避障航迹不一定最优等。而现有的大部分改进方法一般是基于二维平面进行实现，而现实中无人机在飞行时面对的都是三维或N维的场景。而新型RRT算法在解决三维环境中无人机避障航迹规划问题，并且在与其他改进的RRT相比减少了无人机避障规划时间，并提高了避障路径搜索的效率。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于预规划路径优化RRT算法的三维避障航迹规划方法，属于智能领域，是一种三维避障航迹优化方法，涉及到RRT算法改进方法、算法流程图以及算法仿真图和仿真相关数据表，本发明提出的基于预规划路径优化RRT算法的避障航迹规划算法可以运用在三维场景中

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于预规划路径优化RRT算法的三维避障航迹规划方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：在障碍物膨胀规则和起点到终点连线与障碍物相交规则下生成预规划路径；

步骤2：针对预规划路径从其中通过提取得到RRT搜索树的随机状态点；

步骤3：RRT搜索树由起点沿着预规划路径上的随机状态点进行扩展，直至终点，生成避障轨迹。

进一步地，所述的步骤1包括以下分步骤：

步骤101：运用障碍物膨胀法建立以便于计算机识别的三维环境中的障碍物模型；

步骤102：初始化膨胀处理后的障碍物模型的球心、球的半径、无人机的起点和终点；

步骤103：连接起点和终点组成连线，并计算球心到该连线的垂足坐标；

步骤104：基于球心到该连线的垂足坐标计算各球心到连线的距离；

步骤105：基于各球心到连线的距离和球的半径检查连线是否与障碍物相交；

步骤106：当检查结果为直线与球不相交或相切时，该连线即为预规划路径；

步骤107；当检查结果为直线与球相交时，确定预规划路径的新起点，并返回步骤103。

进一步地，所述的步骤2包括以下分步骤：

步骤201：在预规划路径为检查结果为直线与球不相交或相切的情况下所生成的情况下，将预规划路径视为由连续的质点组成，并从该预规划路径中通过每单位长度提取来得到RRT搜索树的随机状态点；