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专利号: 2026104282902
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-12
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于参考点约束和分层策略的量子路径规划方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤1:获取机器人所处环境的地图信息,并基于参考点约束策略对地图进行预处理,通过分析地图中采样点邻域内的可行区域分布特征,筛选出包含关键拓扑信息的参考点,以构建用于缩小搜索空间的稀疏地图;

步骤2:基于分层策略,将包含参考点的原始地图递归划分为宏观地图层和微观地图层,将原始的大规模路径规划问题分解为多个小规模子区域的规划问题;

步骤3:将路径规划的起点和终点映射为包含宏观坐标与微观坐标的分层坐标,并利用量子基态编码技术将地图信息、参考点信息及所述分层坐标信息编码至量子寄存器中,完成量子态的初始化;

步骤4:在宏观地图层上,利用量子运动规划器进行搜索,生成由宏观单元格序列构成的、用于确立全局运动方向的宏观路径;

步骤5:在宏观路径序列确定的每个宏观单元格内,利用下一宏观单元格的几何中心作为引导,在当前单元格内调用量子运动规划器生成精确的局部微观路径;

步骤6:依据宏观路径的全局方向,将生成的各段局部微观路径按序拼接,并通过量子测量输出一条从起点到终点的无碰撞路径。

2.根据权利要求1所述的基于参考点约束和分层策略的量子路径规划方法,其特征在于,步骤1中,筛选参考点具体如下:对地图进行均匀采样,标记可行区域内的点为有效点;

计算每个有效点邻域范围内其他有效点的空间分布密集程度;根据空间分布密集程度,筛选出代表路口或狭窄通道关键区域的有效点作为地图参考点。

3.根据权利要求1所述的基于参考点约束和分层策略的量子路径规划方法,其特征在于,步骤2具体如下:构建空间分割树,以整个原始地图为根节点;将每个节点所代表的空间区域递归地划分为多个大小相同的子区域,直到子区域满足预设的停止条件,从而形成由宏观单元格构成的宏观地图和由微观单元格构成的微观地图。

4.根据权利要求1所述的基于参考点约束和分层策略的量子路径规划方法,其特征在于,步骤4具体如下:结合量子随机游走进行状态空间探索,并利用量子振幅放大算法。

5.根据权利要求1所述的基于参考点约束和分层策略的量子路径规划方法,其特征在于,步骤5具体如下:计算宏观路径序列中下一宏观单元格的质心位置;在当前宏观单元格内,寻找距离质心最近的可行位置作为局部临时目标点;在宏观单元格对应的微观地图层上,调用量子运动规划器生成从当前微观位置到局部临时目标点的无碰撞微观路径。

6.一种基于参考点约束和分层策略的量子路径规划系统,其特征在于,包括:

获取模块:用于获取机器人所处环境的地图信息,并基于参考点约束策略对地图进行预处理,通过分析地图中采样点邻域内的可行区域分布特征,筛选出包含关键拓扑信息的参考点,以构建用于缩小搜索空间的稀疏地图;

分层模块:用于基于分层策略,将包含参考点的原始地图递归划分为宏观地图层和微观地图层,将原始的大规模路径规划问题分解为多个小规模子区域的规划问题;

初始模块:用于将路径规划的起点和终点映射为包含宏观坐标与微观坐标的分层坐标,并利用量子基态编码技术将地图信息、参考点信息及所述分层坐标信息编码至量子寄存器中,完成量子态的初始化;

宏观路径模块:用于在宏观地图层上,利用量子运动规划器进行搜索,生成由宏观单元格序列构成的、用于确立全局运动方向的宏观路径;

微观路径模块:在宏观路径序列确定的每个宏观单元格内,利用下一宏观单元格的几何中心作为引导,在当前单元格内调用量子运动规划器生成精确的局部微观路径;

输出模块:用于依据宏观路径的全局方向,将生成的各段局部微观路径按序拼接,并通过量子测量输出一条从起点到终点的无碰撞路径。

7.根据权利要求6所述的基于参考点约束和分层策略的量子路径规划系统,其特征在于,获取模块中,筛选参考点具体如下:对地图进行均匀采样,标记可行区域内的点为有效点;计算每个有效点邻域范围内其他有效点的空间分布密集程度;根据空间分布密集程度,筛选出代表路口或狭窄通道关键区域的有效点作为地图参考点。

8.根据权利要求6所述的基于参考点约束和分层策略的量子路径规划系统,其特征在于,分层模块中,具体如下:构建空间分割树,以整个原始地图为根节点;将每个节点所代表的空间区域递归地划分为多个大小相同的子区域,直到子区域满足预设的停止条件,从而形成由宏观单元格构成的宏观地图和由微观单元格构成的微观地图。

9.根据权利要求6所述的基于参考点约束和分层策略的量子路径规划系统,其特征在于,宏观路径模块中,具体如下:结合量子随机游走进行状态空间探索,并利用量子振幅放大算法。

10.根据权利要求6所述的基于参考点约束和分层策略的量子路径规划系统,其特征在于,微观路径模块中,具体如下:计算宏观路径序列中下一宏观单元格的质心位置;在当前宏观单元格内,寻找距离质心最近的可行位置作为局部临时目标点;在宏观单元格对应的微观地图层上,调用量子运动规划器生成从当前微观位置到局部临时目标点的无碰撞微观路径。