[发明专利]基于激光雷达探测的RRT无人机避障路径规划方法

说明书

本发明涉及一种基于激光雷达探测的RRT无人机避障路径规划方法，属于无人机避障路径规划领域。本发明利用激光雷达对传统RRT算法随机性过强导致效率降低的问题进行改进，提出了一种基于激光雷达探测场的采样点生成策略。通过激光雷达探测场探测范围内障碍物，改变随机采样点的生成策略，当未探测到障碍物时，搜索树会朝着终点方向延伸，当探测到障碍物时，搜索树会暂时停止朝终点方向延伸而迅速绕开附近障碍物。本发明降低了传统RRT算法路径规划的随机性，提高了规划路径的目的性，降低了路径的距离，提高了路径规划的效率。

技术领域

本发明属于无人机路径规划技术领域，尤其涉及一种基于激光雷达探测的RRT无人机避障路径规划方法。

背景技术

无人机有成本低、风险小、使用方便等特点，因此被广泛运用在军事领域和民用领域。在无人机执行特定任务的过程中，需要路径规划算法为其规划一条安全高效的路线；同时无人机作业环境中会出现大量障碍物，给无人机配置传感器用于环境感知也会大大增加无人机安全性，而激光雷达作为传感器的一种，具有分辨率高，抗干扰性强，探测性能好，体积小质量轻等优点，非常适合无人机搭载进行环境三维信息收集和障碍物探测。

无人机路径规划算法包含多种类型的算法，如基于图搜素的算法，基于采样搜索的算法，基于启发的算法等。传统的路径规划算法，如快速拓展随机树（Rapidly-exploringRandom Tree，RRT）算法是一种基于随机采样策略的路径规划算法，通过对状态空间中的采样点进行碰撞检测，避免了对空间的建模，能够有效地解决高维空间和复杂约束的路径规划问题。而RRT算法由于其算法采样的随机性，导致最终生成的路径往往只是可行路径而不是最优路径。

发明内容

本发明的目的在于通过设置激光雷达探测场，优化随机采样点的生成策略，降低RRT算法的随机性，提高算法的效率。

为了达到上述目的本发明提出一种基于激光雷达探测的RRT无人机避障路径规划方法，其具体包括以下步骤：

步骤1：基于激光雷达建图技术，初始化三维地图模型，用户在地图上确定目标点G，以无人机所处位置起点作为搜索树的根节点，表示搜索树上第个生成的节点，表示搜索树上最新生成的节点，实现飞行环境建模，路径规划参数初始化；

步骤2：以最新生成的节点作为球心，激光雷达探测最远距离为球半径R建立球面，表示最新生成的球面，表示第个生成的球面，完成激光雷达探测场建模；

步骤3：判断是否与障碍物相交，若未相交，则称该球的球面和球心分别为未相交球面和未相交球面的球心，且采样点在和G的连线与的交点上生成，若与障碍物相交，采样点在未与未相交球面和障碍物相交的球面上随机生成，其中与障碍物相交指球面与三维地图中的障碍物模型有交汇面或交汇点；

步骤4：基于最近点拓展原则和碰撞检测原理，设搜索树中节点与的欧式距离为，将搜索树上距离最近的点与相连，则搜索树生成新节点，之后对新生成的路径进行碰撞检测，若未通过检测则删去和后返回步骤S3；

其中若与障碍物相交，采样点在未与和障碍物相交的球面上随机生成步骤如下：

a.确定产生球面：只会在集合中的球面上产生，在球面生成的概率为，其中为集合中所有欧式距离倒数之和；

 b.确定：确定生成球面后，采样点在球面上未与障碍物相交的部分随机生成；所述 l_i表示节点 q_i到目标点 G的距离， l_n表示第 n个节点到目标点 G的距离；