1.一种移动机器人路径规划方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、构建RRT*算法,并剔除RRT*算法生成的危险节点,生成改进RRT*算法;
S2、采用贪婪算法对步骤1改进的RRT*算法进行路径缩短处理;
S3、利用DWA算法跟踪步骤2缩短处理后的RRT*算法规划的最优路径;
S4、设计一种二次调权和路径回正机制,以确保机器人在静态未知障碍物区域能及时避开障碍物并回归原路径;
S5、设计一种转向加速的安全驶离策略,以确保机器人安全避开动态障碍物;
S6、通过仿真实验验证可靠性与精确性;
步骤S1中构建RRT*算法具体指:在RRT算法的基础上重新选择父节点,以qnew圆心和事先定义好的半径画圆,将圆内所有近邻点作为备选父节点,将备选父节点与qnew圆心连接,以成本最低的路径替换原路径,再为qnew圆心寻找下一个可连接的近邻点,如若此路径成本小于原先路径到达该点的成本,则将其替换,生成新的随机树;
步骤S1中剔除RRT*算法生成的危险节点具体指:设置一个安全距离safe_dis,safe_dis=0.5m,接着将扩展树中的最近点qnearest与待选新节点qnew的连线进行若干等分,得到n个点,分别计算这些点到所有障碍物的距离,如果其中到达障碍物的最短距离distmin小于虚拟障碍物半径ob_R与安全距离safe_dis之和时,则认定该点是危险节点,将其剔除,反之则保留,最终得到具有距离约束的安全路径;
步骤S3具体包括以下步骤:
移动机器人的速度空间中存在无穷多组速度(v,w),根据环境和机器人自身的约束控制采样速度,公式表达如下:Vi={(v,w)|v∈[vmin,vmax],w∈[wmin,wmax]}
式中,Vi为移动机器人速度约束,vmax、vmin为机器人最大、最小线速度,wmax、wmin为机器人最大、最小角速度;
受电机的实际转矩影响,移动机器人存在最大的加速度和减速度,速度约束公式表达为:
式中,V j为移动机器人电机加减速约束,vc、wc为当前时刻的线速度和角速度, 为机器人最大加速度, 为机器人最大减速度;
考虑到机器人在行进过程中的安全性,在局部环境中避障时,在与障碍物碰撞前将速度降为0m/s,公式表达如下:式中,Vk为移动机器人安全距离约束,dist)v,w)为模拟轨迹末端与障碍物的最近距离;
在Vi、Vj、Vk这3种速度的约束下,空间内存在若干组可行轨迹,需要利用评价函数对各个轨迹进行评分,选取其中分值最高的作为最优路径并执行,公式表达为:G(v,w)=α·heading(v,w)+β·vel(v,w)+γ·dist(v,w)式中heading(v,w)为机器人方位角评价函数,表示当前模拟轨迹末端方向与目标方向之间的角度偏差;vel(v,w)为当前模拟速度大小的评价函数;dist(v,w)为轨迹末端与障碍物的最近距离;
在步骤S3中引入融合算法,引导DWA算法在保证局部动态避障的同时,实现路径的全局最优,公式表达为:式中Dist(v,w)为距离评价函数,其中distobmin(v,w)为避障函数,即当前轨迹与障碍物之间的最短距离,dist global(v,w)为偏离函数,即当前轨迹与全局路径的距离;
步骤S4具体指:首先为障碍物设置一个检测距离distdet,当机器人与最近障碍物之间的最短距离distmin≤distdet时,机器人的首要任务是及时做出反应并安全避开障碍物,为了避免陷入局部极小值或无法做出准确的避障动作,对DWA算法的评价函数权重做出调整,让偏离函数distglobal(v,w)的权重θ变小,避障函数distobmin(v,w)的权重γ变大,机器人成功躲避障碍物即dist1≥dist2‑D时,调回原始最优参数;
步骤S5具体指:首先,设置一个潜在的碰撞距离,当动态障碍物与当前点的距离小于等于潜在的碰撞距离时,计算当前点的速度到达交叉点的时间t1和动态障碍物匀速到达交叉点的时间t2的大小如果t1>t 2,认定在不加任何转向正常行驶时,当前点先于动态障碍物到达交叉点,此时给当前点一个与动态障碍物行径方向相同的转向并加速,走完一定的步数后,按原有的DWA算法回归原航线;如果t1<t 2,则动态障碍物先于当前点到达交叉点,此时给当前点一个与动态障碍物行径方向相反的转向并加速。
2.根据权利要求1所述一种移动机器人路径规划方法,其特征在于,步骤S2中路径缩短处理具体指:首先将终点q goal和起点qstart相连,如果无碰撞,最终路径就为起点连接终点的直线,如果有碰撞,选择终点qgoal的前一个节点和起点qstart相连,按照这样的方式,依次对各个路径节点和qstart进行障碍物碰撞判断,直至找到无碰撞的那个路径点,记为新起点qstart′,重复上述过程,一旦找到能与终点qstart′直接相连且无碰撞的新起点则步骤结束,最终的优化路径就由起点、中间这些新起点和终点连接而成。
3.一种电子设备,其特征在于,包括:存储器和处理器,所述存储器存储由所述处理器可执行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1‑2任一项所述的移动机器人路径规划方法。
4.一种存储介质,其特征在于,所述存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被读取并执行时,实现上述权利要求1‑2任一项所述的移动机器人路径规划方法。