用于移动式机器人的定点跟踪路径规划方法技术

本发明专利技术公开了一种用于移动式机器人的定点跟踪路径规划方法，步骤包括：确定移动式机器人所需经过的关键点，确定初始斜率值范围并初始化路径最小值为0；从初始斜率值范围中搜索选择一个斜率作为当前初始斜率，求解各组相邻关键点之间的二次曲线，分别基于不同的当前初始斜率计算各组相邻关键点之间的二次曲线按顺序连接所组成路径曲线的总长度，选择总长度最小的路径曲线经离散化处理，最终得到移动式机器人的实际轨迹曲线的离散点坐标和速度。本发明专利技术利用少量关键位置信息作为输入即可通过二次曲线拟合完成在动态情况下的路径寻优，兼具快速性和准确性，对机器人传感器和处理器要求低。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种，步骤包括：确定移动式机器人所需经过的关键点，确定初始斜率值范围并初始化路径最小值为0；从初始斜率值范围中搜索选择一个斜率作为当前初始斜率，求解各组相邻关键点之间的二次曲线，分别基于不同的当前初始斜率计算各组相邻关键点之间的二次曲线按顺序连接所组成路径曲线的总长度，选择总长度最小的路径曲线经离散化处理，最终得到移动式机器人的实际轨迹曲线的离散点坐标和速度。本专利技术利用少量关键位置信息作为输入即可通过二次曲线拟合完成在动态情况下的路径寻优，兼具快速性和准确性，对机器人传感器和处理器要求低。【专利说明】
本专利技术涉及移动式机器人的定点跟踪路径规划技术，具体涉及一种用于移动式机 器人的定点跟踪路径规划方法。
技术介绍
自20世纪60年代初问世以来，机器人技术得到迅速发展。机器人技术是综合了计 算机、控制论、信息处理、传感技术、通信、导航、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技 术。随着机器人技术的不断进步，机器人学科越来越具有强大的生命力，在某种程度上已经 代表当今信息技术、自动化技术、系统集成等技术的最新发展，是典型的高新技术综合体。 路径规划是移动式机器人的一个重要问题。移动式机器人的路径规划是给定机器 人及其工作环境信息，按照某种优化指标，寻求有界输入使系统在规定的时间内从起始点 转移到目标点。它的目标是在一个存在障碍物的环境中，为移动式机器人寻找一条无碰撞 路径。其主要研究内容按机器人工作环境不同可分为静态结构化环境、动态已知环境和动 态不确定环境，按机器人获取信息方式的不同可分为基于模型的路径规划和基于传感器的 路径规划，按环境信息已知程度可分为全局路径规划和局部路径规划。机器人路径规划的 研究始于20世纪70年代，目前对这一问题的研究仍十分活跃，许多学者做了大量工作。对 全局路径规划，比较常见的方法有拓扑法、可视图法、栅格法和层次分解法，而势场法、模糊 逻辑法、神经网络法则适用于局部路径规划。现有方法存在建模和运算复杂、实时性较差的 缺点。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：针对现有技术的上述技术问题，提供一种利用少量 关键位置信息作为输入即可通过二次曲线拟合完成在动态情况下的路径寻优，兼具快速性 和准确性，对机器人传感器和处理器要求低的用于移动式机器人的定点跟踪路径规划方 法。 为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为： -种，步骤包括： 1)确定移动式机器人在二维空间中所需经过的关键点，确定初始斜率值范围并初 始化路径最小值为0 ; 2)从所述初始斜率值范围中搜索选择一个斜率作为当前初始斜率； 3)基于所述当前初始斜率求解各组相邻关键点之间的二次曲线； 4)计算各组相邻关键点之间的二次曲线按顺序连接所组成路径曲线的总长度； 如果所述路径最小值为〇或者当前初始斜率下路径曲线的总长度小于路径最小值，则将所 述路径最小值的值更新设置为当前初始斜率下路径曲线的总长度，记录当前初始斜率下的 路径曲线，跳转执行步骤5);否则，直接跳转执行步骤5); 5)判断斜率搜索范围中的斜率是否搜索完毕，如果尚未搜索完毕，则跳转执行步 骤2);否则，则输出记录的路径曲线，并将所述记录的路径曲线经离散化处理，最终得到移 动式机器人的实际轨迹曲线的离散点。 优选地，所述步骤3)的详细步骤如下： 3. 1)定义依次经过移动式机器人在二维空间中所需经过的关键点的总插值曲线， 所述总插值曲线为二次曲线，所述总插值曲线由各组相邻关键点之间的二次曲线按顺序连 接组成； 3. 2)基于所述当前初始斜率确定各个关键点的斜率； 3. 3)采用二次样条插值的方法，基于相邻关键点的坐标、相邻关键点中一个关键 点的斜率确定每一组相邻关键点之间的二次曲线常数项系数、一次项系数以及二次项系 数，从而确定每一组相邻关键点之间的二次曲线。 优选地，所述步骤3. 1)中的总插值曲线的表达式如式（1)所示； y=a(i,l)*x2+a(i, 2)*x+a(i, 3) (1) 式（1)中，a(i，1)为二次项系数，a(i，2)为一次项系数，a(i，3)为常数项系数。 优选地，所述步骤3. 2)中具体是指在当前初始斜率的基础上，根据式（2)迭代确 定各个关键点的斜率； 【权利要求】1. 一种，其特征在于步骤包括： 1) 确定移动式机器人在二维空间中所需经过的关键点，确定初始斜率值范围并初始化 路径最小值为O ; 2) 从所述初始斜率值范围中搜索选择一个斜率作为当前初始斜率； 3) 基于所述当前初始斜率求解各组相邻关键点之间的二次曲线； 4) 计算各组相邻关键点之间的二次曲线按顺序连接所组成路径曲线的总长度；如果 所述路径最小值为〇或者当前初始斜率下路径曲线的总长度小于路径最小值，则将所述路 径最小值的值更新设置为当前初始斜率下路径曲线的总长度，记录当前初始斜率下的路径 曲线，跳转执行步骤5);否则，直接跳转执行步骤5); 5) 判断斜率搜索范围中的斜率是否搜索完毕，如果尚未搜索完毕，则跳转执行步骤 2);否则，则输出记录的路径曲线，并将所述记录的路径曲线经离散化处理，最终得到移动 式机器人的实际轨迹曲线的离散点坐标和速度。2. 根据权利要求1所述的，其特征在于， 所述步骤3)的详细步骤如下： 3. 1)定义依次经过移动式机器人在二维空间中所需经过的关键点的总插值曲线，所述 总插值曲线为二次曲线，所述总插值曲线由各组相邻关键点之间的二次曲线按顺序连接组 成； 3. 2)基于所述当前初始斜率确定各个关键点的斜率； 3. 3)采用二次样条插值的方法，基于相邻关键点的坐标、相邻关键点中一个关键点的 斜率确定每一组相邻关键点之间的二次曲线常数项系数、一次项系数以及二次项系数，从 而确定每一组相邻关键点之间的二次曲线。3. 根据权利要求2所述的，其特征在于：所述步骤3. 1)中的总插值曲线的表达式如式（1)所示； y = a (i，I) *x2+a (i，2) *x+a (i，3) (I) 式（I)中，a(i，I)为二次项系数，a(i，2)为一次项系数，a(i，3)为常数项系数。4. 根据权利要求3所述的，其特征在于：所述步骤3. 2)中具体是指在当前初始斜率的基础上，根据式（2)迭代确定各个关键点的斜 率；式（2)中，z(i+l)表示第i+1个关键点的斜率，z(i)表示第i个关键点的斜率，y(i+l) 表示第i+1个关键点的纵坐标，y(i)表示第i个关键点的纵坐标，x(i+l)表示第i+1个关 键点的横坐标，X(i)表示第i个关键点的横坐标。5. 根据权利要求4所述的，其特征在于：所述步骤3. 3)中确定的每一组相邻关键点之间的二次曲线常数项系数的值为该二次曲线 起始关键点的纵坐标，一次项系数的值为该二次曲线起始关键点的斜率，二次项系数的计 算表达式如式（3)所示；式（3)中，a(i，1)表示二次曲线的二次项系数，z (i+1)表示该二次曲线结束关键点的 斜率，z (i)表示该二次曲线起始关键点的斜率，x(i+l)表示该二次曲线结束关键点的横坐 标，X(i)表示该二次曲线起始关键点的横坐标。6. 根据权利要本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于移动式机器人的定点跟踪路径规划方法，其特征在于步骤包括：1)确定移动式机器人在二维空间中所需经过的关键点，确定初始斜率值范围并初始化路径最小值为0；2)从所述初始斜率值范围中搜索选择一个斜率作为当前初始斜率；3)基于所述当前初始斜率求解各组相邻关键点之间的二次曲线；4)计算各组相邻关键点之间的二次曲线按顺序连接所组成路径曲线的总长度；如果所述路径最小值为0或者当前初始斜率下路径曲线的总长度小于路径最小值，则将所述路径最小值的值更新设置为当前初始斜率下路径曲线的总长度，记录当前初始斜率下的路径曲线，跳转执行步骤5)；否则，直接跳转执行步骤5)；5)判断斜率搜索范围中的斜率是否搜索完毕，如果尚未搜索完毕，则跳转执行步骤2)；否则，则输出记录的路径曲线，并将所述记录的路径曲线经离散化处理，最终得到移动式机器人的实际轨迹曲线的离散点坐标和速度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐晓红，韩国良，秦键，杜青法，张伦，王宇轩，徐强，罗伟蓬，吴国恒，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43