[发明专利]一种基于Voronoi-APF算法的群组机器人路径规划方法

权利要求书

1.一种基于Voronoi-APF算法的群组机器人路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)利用栅格法进行环境建模，并对障碍物进行预处理；

(2)采用匈牙利算法和替换策略为群组机器人进行目标指派；

(3)通过群组机器人的实时位置构建Voronoi图，各机器人各自使用人工势场算法进行路径规划，并对其运动空间进行划分，限制其路径在构建的Voronoi图的对应分割空间中，即机器人单次运动到终点或分隔空间的边界便停止；重复该步骤，直到所有群组机器人到达指定终点；具体为：通过机器人当前位置集合S，采用Delaunay三角剖分法构建Voronoi图，将全空间UU划分为NN个单元V＝{V₁，V₂，...，V_n}，其与集合S元素一一对应，满足下式：

V_i＝{p∈U|d(p，X_i)≤d(p，X_j)for all j≠i}

对于每个单元V_i，其均为凸多边形；采用一组离散结点P＝{p₁，p₂，...，p_k}表示；假设该离散点集合按顺时针排序，对于单元内的任意一点Q，恒满足下式，则该点位于V_i中；

将群组中单个机器人看作节点，则基于机器人节点位置构建Voronoi图具有以下性质：Voronoi单元中任意一点到该单元机器人节点的距离均小于或等于该点到相邻单元机器人节点的距离，同时基于单个机器人节点的位置对空间平面进行剖分，所以生成Voronoi单元中有且仅有一个机器人节点；因此可利用Voronoi图中各个节点关系或者单元之间的几何特征来约束群组机器人路径规划中碰撞避免；每个机器人在对应单元中，使用人工势场算法进行路径规划，当机器人到达对应的终点或超出运动范围时，则机器人单次迭代运动结束；需要注意的是，机器人同时向Voronoi图中的边界运动时，有极小概率在边界上发生碰撞，此时机器人可采取少量回退操作，避免碰撞发生。

2.根据权利要求1所述的一种基于Voronoi-APF算法的群组机器人路径规划方法，其特征在于：所述基于Voronoi-APF算法的群组机器人路径规划方法还包括步骤(4)，对群组机器人的运动控制进行优化，实现群组机器人的运动控制。

3.根据权利要求1所述的一种基于Voronoi-APF算法的群组机器人路径规划方法，其特征在于：所述步骤(1)具体如下：机器人在2D空间运动，已知：①所有机器人起点；②目标配置要求；③障碍物信息；则机器人自组装环境用有限空间存储以及表达，采用栅格法进行环境建模：选取适当的矩形空间，满足空间包含上述①②位置，再将环境划分成u×v个栅格；最后采用直角坐标法表示栅格位置，则任意栅格均可用数据对{x，y}表示坐标；

在对障碍物进行预处理时，将机器人视作质点，对障碍物进行膨胀化处理，即保持障碍物形状不变，障碍物外围轮廓向外偏移一定距离；对障碍物进行了上述的膨胀化处理后，只保留膨胀后增加部分的障碍物信息，舍弃原障碍物信息；基于上述环境建模和障碍物处理后，后续工作将基于如下四种假设展开：2D平面除障碍物外均匀光滑；机器人可确定自身坐标与运动方向；机器人有足够能力完成任务；自组装任务可完成。