一種基於多障礙物環境的移動機器人路徑規劃方法
2023-05-10 08:08:06 1
一種基於多障礙物環境的移動機器人路徑規劃方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於多障礙物環境的移動機器人路徑規劃方法，包括以下步驟：在初始環境中建立二維碼離散點；採用連結圖法建立連結圖連結點並生成連結圖；採用連結圖法給二維碼安全屬性賦值；過濾掉超過安全係數閾值的二維碼；生成混合點有權無向網狀連結圖；設定權重係數；重新賦權值；設定機器人起始點和目標點；生成機器人路徑。本發明通過建立二維碼離散點、連結圖連結點，使用連結圖法給二維碼賦予安全屬性並過濾掉環境中二維碼安全屬性低的點，將機器人路徑規劃中距離、安全、點的屬性三者達到完美的結合，實現了多障礙物環境下機器人二維碼安全路徑的規劃功能，有效地提高了多障礙物環境下敷設二維碼的施工效率。
【專利說明】一種基於多障礙物環境的移動機器人路徑規劃方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於移動機器人【技術領域】,尤其是一種基於多障礙物環境的移動機器人路徑規劃方法。
【背景技術】
[0002]目前，多障礙物環境的機器人全局路徑規劃通常採用連結圖法。連結圖法是通過將各個障礙物角點之間、障礙物角點和環境角點、障礙物角點和環境垂線的垂點、環境角點之間進行連線，再取連線的中點作為連結圖連結點，將各個連結圖連結點連線組成網狀連結圖，最終通過算法生成最短優化路徑。連結圖法對於多障礙物環境的優勢是:相對於其它算法，其機器人行走路徑比較寬敞、安全性高，不足在於:當障礙物之間距離較遠時，連結圖連結點之間的距離會比較遠，這樣可能會造成由於兩點間的距離超出了機器人最小識別距離D，而使得機器人路徑走偏。
[0003]為了防止機器人路徑走偏，人們採用二維碼離散點的方法用於多障礙物環境，即:在地面上間隔均勻地分布二維碼，並且二維碼的間隔小於機器人最小路徑識別D，由於二維碼內含有絕對坐標信息，適合於機器人每間隔一段時間檢查自己的位姿坐標，從而適時地進行位姿調整。上述方法的不足是:敷設二維碼對於多障礙物的環境其敷設方法不便於施工，對於第一種情況，環境中先有障礙物、後敷設二維碼:由於障礙物多，採用人工方法敷設時，必須人為地躲避障礙物；對於第二種情況，先敷設二維碼、後有障礙物:由於環境中增加了多個障礙物，原先的二維碼路經必須重新規劃。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種設計合理、效率高且使用方便的基於多障礙物環境的移動機器人路徑規劃方法。
[0005]本發明解決現有的技術問題是採取以下技術方案實現的:
[0006]一種基於多障礙物環境的移動機器人路徑規劃方法，包括以下步驟:
[0007]步驟1、在初始環境中建立二維碼離散點；
[0008]步驟2、採用連結圖法建立連結圖連結點並生成連結圖；
[0009]步驟3、採用連結圖法給二維碼安全屬性賦值；
[0010]步驟4、過濾掉超過安全係數閾值的二維碼；
[0011]步驟5、生成混合點有權無向網狀連結圖；
[0012]步驟6、設定權重係數；
[0013]步驟7、重新賦權值；
[0014]步驟8、設定機器人起始點和目標點；
[0015]步驟9:生成機器人路徑。
[0016]而且，所述步驟I建立二維碼離散點時，兩個相鄰二維碼之間的距離小於或等於機器人識別最小距離。[0017]而且，所述步驟2的具體處理包括:
[0018]⑴採用以下生成規則生成連結線:
[0019]①各障礙物角點的連線；
[0020]②各障礙物角點到環境的垂線；
[0021]③各障礙物角點到環境角點的垂線；
[0022]④環境角點之間的連線。
[0023]⑵連結線中點為連結圖連結點；
[0024]⑶連結圖連結點連線組成連結圖。
[0025]而且，所述步驟3的方法為:根據二維碼距離連結圖連結點的遠近進行賦值，距離連結圖連結點近的二維碼安全屬性高，反之則安全屬性低。
[0026]而且，所述步驟4的具體處理過程為:
[0027]⑴設定一個安全係數閾值；
[0028]⑵二維碼安全係數超過安全係數閾值點將被過濾掉；
[0029]⑶二維碼安全係數低於安全係數閾值點將被保留。
[0030]而且，所述步驟7重新賦權值的方法為:
[0031]權值=權重初始值X安全係數X點的屬性係數；
[0032]而且，所述的權重初始值為任意兩點間的物理距離值。
[0033]而且，所述步驟9生成機器人路徑根據以下兩種原則來生成:權重初始值傾向於安全性的路徑優化方法或權重初始值傾向於安全係數均等、點的屬性係數均等的路徑優化方法。
[0034]而且，所述混合點的屬性包括安全屬性和點的屬性，所述的點的屬性包括二維碼屬性和連結圖連結點屬性；
[0035]而且，所述的權重係數包括安全係數、點的屬性係數。
[0036]本發明的優點和積極效果是:
[0037]1、本發明通過在多障礙物環境中建立二維碼離散點、連結圖連結點，使用連結圖法給二維碼賦予安全屬性並過濾掉環境中二維碼安全屬性低的點，實現了多障礙物環境下機器人二維碼安全路徑的規劃功能，有效地提高了多障礙物環境下敷設二維碼的施工效率。
[0038]2、本發明採用混合點網狀路徑圖，將二維碼離散點、連結圖連結點優勢互補，通過調節各類混合點參數因子，將機器人路徑規劃中距離、安全、點的屬性三者達到完美的結合，解決了多障礙物環境下基於單一類型連結圖連結點的機器人路徑規劃顧此失彼的難題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0039]圖1為初始環境示意圖；
[0040]圖2為在環境中加入二維碼的示意圖；
[0041]圖3為在環境中加入了障礙物的示意圖；
[0042]圖4為在環境中加入了連結圖連結點的示意圖；
[0043]圖5為在環境中過濾掉二維碼安全屬性低的點的示意圖；[0044]圖6為由混合點組成的帶有權重基礎值的連結示意圖；
[0045]圖7為根據權重係數和權重值生成機器人路徑示意圖；
[0046]圖8為權重初始值傾向於安全屬性的路徑優化方法示意圖；
[0047]圖9為權重初始值傾向於安全係數均等的路徑優化方法示意圖
[0048]上圖中，1:環境，2:二維碼，3:障礙物，4:連結圖連結點，5:重合點，6:起始點，7:目標點。
【具體實施方式】
[0049]以下結合附圖對本發明實施例做進一步詳述。
[0050]一種基於多障礙物環境的移動機器人路徑規劃方法，包括以下步驟:
[0051]步驟1、在初始環境中建立二維碼離散點。
[0052]如圖1所示，在初始環境I中不包括二維碼、連結圖連結點和障礙物；
[0053]如圖2所示，在環境中加入了二維碼2。在敷設二維碼時，兩個相鄰二維碼之間的距離不能大於機器人識別最小距離D。由於AGV行走一段距離後，需要通過二維碼(二維碼內含有絕對坐標位置)驗證一下自己的行走精度，以便適時調整位姿，上述的這段距離稱之為機器人識別最小距離D。D值取決於AGV車體的行走精度，當車體精度高時，D值可大一些，反之，D值小一些。因此，二維碼在敷設時，其相鄰碼之間的距離應該小於等於D。
[0054]如圖3所示，由於在環境中加入了三個障礙物3，二維碼的安全屬性發生了變化:按照距離障礙物的遠近安全屬性由高變低，其中，三個障礙物內部的二維碼安全屬性最低，從有效變為無效。
[0055]步驟2:採用連結圖法建立連結圖連結點並生成連結圖。
[0056]在本步驟中，採用連結圖法生成連結圖包括以下處理過程:
[0057]⑴採用以下生成規則生成連結線:
[0058]①各障礙物角點的連線；
[0059]②各障礙物角點到環境(室內房屋牆壁)的垂線；
[0060]③各障礙物角點到環境(室內房屋牆壁)角點的垂線；
[0061]④環境(室內房屋牆壁)角點之間的連線。
[0062]⑵連結線中點為連結圖連結點；
[0063]⑶連結圖連結點連線組成連結圖；
[0064]步驟3、通過連結圖法給二維碼安全屬性賦值；
[0065]在本步驟中，採用連結圖法給二維碼安全屬性賦值的方法為:根據二維碼距離連結圖連結點的遠近進行賦值，距離連結圖連結點近的二維碼安全屬性高，反之則安全屬性低。在圖4中，4為連結圖連結點，5為二維碼和連結圖連結點的重合點，其安全屬性最高，而障礙物區域內的二維碼及障礙物周邊的二維碼其安全屬性低。
[0066]步驟4:過濾掉超過安全係數閾值的二維碼；
[0067]假設機器人優化路徑為權重值最小的路徑，安全屬性和權值係數成反比:安全屬性越高，其權值係數值越低。某個二維碼點的安全係數高反而意味著其安全屬性低，因此，應該過濾掉超過安全係數閾值的二維碼。
[0068]過濾掉超過安全係數閾值的二維碼的具體過程為:[0069]⑴設定一個安全係數閾值；
[0070]⑵二維碼安全係數超過安全係數閾值點將被過濾掉；
[0071]⑶二維碼安全係數低於安全係數閾值點將被保留；
[0072]如圖5所示，在環境中過濾掉了安全屬性低的二維碼，例如，將右上角的空白區域以及三個障礙物的空白區域。在圖5中過濾以後的點為被保留下來的安全係數閾值以下的混合點，混合點包括安全係數閾值以下二維碼離散點和連結圖連結點。
[0073]步驟5:生成混合點有權無向網狀連結圖。
[0074]如圖6所示，由混合點組成有權無向網狀連結圖包括二維碼點和連結圖連結點，它們任意兩點連線都可以構成機器人行走路徑，圖中的所有連結線都是機器人可行走路徑，所有兩點組成的連結線都有一個權重初始值，所述的混合點權重初始值為任意兩點間的物理距離值。
[0075]步驟6:按以下規則設定權重係數。
[0076]⑴混合點(二維碼點或連結圖連結點)有兩個屬性:安全屬性、點的屬性，其中點的屬性包括二維碼屬性和連結圖連結點屬性。混合點屬性表示為:混合點(安全屬性，點的屬性)；
[0077]⑵設混合點權重係數類型:安全係數、點的屬性係數；混合點權重係數範圍為O到1，混合點權重係數表示為:混合點(安全係數，點的屬性係數)；
[0078]⑶確定每類係數的初始傾向值X1、X2(本實施例為兩種係數)；
[0079]初始傾向值體現設計者在優化路徑時更加傾向於哪種因素或稱為因子。例如，機器人優化路徑是傾向於安全屬性還是傾向於點的屬性，如果傾向於安全屬性，那麼安全係數的初始值應該小於點的屬性係數初始值。係數越小，權值越小，按照本實施例規定，權值越小就越趨近於機器人的行走路徑。
[0080]⑷設定安全係數範圍為Xl到~ (趨近於I)；
[0081](5)設定點的屬性係數範圍為X2到《C (趨近於D。
[0082]步驟7:重新賦權值；
[0083]權值=權重初始值X安全係數X點的屬性係數；
[0084]步驟8:設定機器人起始點和目標點。
[0085]設定機器人的起始點6和目標點7，如圖4所示。
[0086]步驟9:生成機器人路徑。
[0087]根據權重係數和權重值生成機器人路徑，如圖7所示。
[0088]生成機器人路徑可以根據以下兩種原則來生成:
[0089]實施例1:權重初始值傾向於安全性的路徑優化。
[0090]如圖8所示，本實施例的機器人優化路徑更加傾向於安全性，見兩類係數的初始值。圖8中的三個點均為安全係數閾值以下的點；其中A和C兩個二維碼點之間的距離小於機器人最小識別距離D，路徑優化以前，雖然從直觀上看AC路徑為最短路徑，但經過賦予權值係數和權值重新計算，最終優化路徑結果為:AB+BC。本實施例的機器人路徑優化方法原理和計算方法如下:
[0091]⑴設定起始點A，目標點C ；
[0092]⑵A和C點為二維碼點；B點為連結圖連結點；[0093]⑶每個點的第I個係數為安全係數,第2個係數為點的係數；
[0094]⑷設定連結圖連結點B的安全屬性最高(係數和安全屬性值成反比)，為0.3，兩個二維碼點的安全屬性低，係數為0.7 (安全閾值為0.8)；
[0095](5)由於實施例中傾向於機器人途徑二維碼點，因此，二維碼點的屬性值高於連結圖連結點的屬性(係數和安全屬性值成反比)，兩個二維碼點的係數為0.5〈連結圖連結點的係數0.8 ；
[0096](6)計算權值:
[0097]AB+BC 權值=5 X 0.7 X 0.5 X 0.3 X 0.8+7 X 0.3 X 0.8 X 0.7 X 0.5 = 1.008
[0098]AC 權值=10 X 0.7 X 0.5 X 0.7 X 0.5 = 1.225
[0099](7)由於機器人選擇權值最小的路徑作為優化路徑，因此連結線AB+BC組成的路徑為機器人優化路徑。
[0100]實施例2:權重初始值傾向於安全係數均等、點的屬性係數均等的機器人路徑優化方法。
[0101]如圖9所示，本實施例的機器人優化路徑更加傾向於安全性係數均等、點的屬性係數均等，其機器人路徑優化方法原理和計算方法如下:
[0102]⑴由於圖9中已經過濾掉安全屬性低的二維碼，剩餘的所有混合點可視其為安全係數均等，也就是連結圖連結點和二維碼點的安全係數相同。
[0103]⑵假設①點到②點的距離小於機器人可識別的最小距離D ；
[0104](3)由於②和④點的屬性係數相同；①和③點的點的屬性係數等於②和④點的點的屬性係數。
[0105]⑷所以線段①②的權值小於①③+③②以及①④+④②的權值。
[0106](5)機器人優化路徑為①②。
[0107]需要強調的是，本發明所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本發明包括並不限於【具體實施方式】中所述的實施例，凡是由本領域技術人員根據本發明的技術方案得出的其他實施方式，同樣屬於本發明保護的範圍。
【權利要求】
1.一種基於多障礙物環境的移動機器人路徑規劃方法，其特徵在於包括以下步驟: 步驟1、在初始環境中建立二維碼離散點； 步驟2、採用連結圖法建立連結圖連結點並生成連結圖； 步驟3、採用連結圖法給二維碼安全屬性賦值； 步驟4、過濾掉超過安全係數閾值的二維碼； 步驟5、生成混合點有權無向網狀連結圖； 步驟6、設定權重係數； 步驟7、重新賦權值； 步驟8、設定機器人起始點和目標點； 步驟9:生成機器人路徑。
2.根據權利要求1所述的一種基於多障礙物環境的移動機器人路徑規劃方法，其特徵在於:所述步驟I建立 二維碼離散點時，兩個相鄰二維碼之間的距離小於或等於機器人識別最小距離。
3.根據權利要求1所述的一種基於多障礙物環境的移動機器人路徑規劃方法，其特徵在於:所述步驟2的具體處理包括: ⑴採用以下生成規則生成連結線: ①各障礙物角點的連線； ②各障礙物角點到環境的垂線； ③各障礙物角點到環境角點的垂線； ④環境角點之間的連線。 ⑵連結線中點為連結圖連結點； ⑶連結圖連結點連線組成連結圖。
4.根據權利要求1所述的一種基於多障礙物環境的移動機器人路徑規劃方法，其特徵在於:所述步驟3的方法為:根據二維碼距離連結圖連結點的遠近進行賦值，距離連結圖連結點近的二維碼安全屬性高，反之則安全屬性低。
5.根據權利要求1所述的一種基於多障礙物環境的移動機器人路徑規劃方法，其特徵在於:所述步驟4的具體處理過程為: (1)設定一個安全係數閾值； ⑵二維碼安全係數超過安全係數閾值點將被過濾掉； ⑶二維碼安全係數低於安全係數閾值點將被保留。
6.根據權利要求1所述的一種基於多障礙物環境的移動機器人路徑規劃方法，其特徵在於:所述步驟7重新賦權值的方法為: 權值=權重初始值X安全係數X點的屬性係數。
7.根據權利要求6所述的一種基於多障礙物環境的移動機器人路徑規劃方法，其特徵在於:所述的權重初始值為任意兩點間的物理距離值。
8.根據權利要求1所述的一種基於多障礙物環境的移動機器人路徑規劃方法，其特徵在於:所述步驟9生成機器人路徑根據以下兩種原則來生成:權重初始值傾向於安全性的路徑優化方法或權重初始值傾向於安全係數均等、點的屬性係數均等的路徑優化方法。
9.根據權利要求1至8任一項所述的一種基於多障礙物環境的移動機器人路徑規劃方法，其特徵在於:所述混合點的屬性包括安全屬性和點的屬性，所述的點的屬性包括二維碼屬性和連結圖連結點屬性。
10.根據權利要求1至8所述的一種基於多障礙物環境的移動機器人路徑規劃方法，其特徵在於:所述的權 重係數包括安全係數、點的屬性係數。
【文檔編號】G05D1/02GK103955222SQ201410186160
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月5日 優先權日:2014年5月5日
【發明者】金緯 申請人:無錫普智聯科高新技術有限公司