一种基于变概率策略的导览机器人动态避障方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于变概率策略的导览机器人动态避障方法和装置，该方法包括：步骤一，进行使用轮廓绘制算法进行地图绘制；步骤二，获得机器人起点坐标值和终点坐标值；步骤三，使用双向快速搜索随机树RRT生成路径P；步骤四，使得路径P变得平滑；步骤五，输出最终的路径P，并且按照实时策略不断更新路径信息，机器人按照路径P避开障碍物。本发明专利技术可以使搜索算法能够在空旷场景下向目标点快速生成，同时避免了路径陷入局部最小值的问题。

A Dynamic Obstacle Avoidance Method and Device for Tour Robot Based on Variable Probability Strategy

【技术实现步骤摘要】
一种基于变概率策略的导览机器人动态避障方法和装置
本申请涉及机器人领域，尤其涉及一种基于变概率策略的导览机器人动态避障方法、装置。
技术介绍
机器人的应用逐渐渗入到社会的各行各业，例如导览、看护、智能家居等。规划路径和避开障碍物是其中一个重要研究内容，快速搜索随机树算法RRT相对于其他算法而言，在搜索效率方面已有很大优势，在理论上总能找到一条可行路径，但是仍有需要改进的地方。由于其扩展的新节点是在运动区域中随机产生的，覆盖的区域过于平均，在产生的冗余点上有一定的耗时，同时规划出来的路径质量不高，往往与最短路径的差距较大。
技术实现思路
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，提供一种基于变概率策略的导览机器人动态避障方法、装置、机器人和存储介质。根据搜索节点的不同周边状态，采用不同的概率策略扩展目标点，使搜索算法能够在空旷场景下向目标点快速生成，同时避免了路径陷入局部最小值的问题。在完成初次路径搜索后，根据路径节点位置优化不规则路线，减少小车行驶过程中的拐弯次数和总路径长度。在仿真中进行了多场景重复试验测试，仿真结果表明改进后的算法在搜索速度和路径长度上有明显改善。第一方面，本申请实施例提供了一种基于变概率策略的导览机器人动态避障方法，其特征在于，该方法包括：步骤一，使用轮廓绘制算法进行地图绘制；步骤二，获得机器人起点坐标值和终点坐标值；步骤三，使用双向快速搜索随机树RRT生成路径P，P＝(p0，p1，p2...pn)，其中，n>0，pi表示路径中的节点，0<＝i<＝n，搜索节点的周围状态时，采用可变的概率策略扩展目标点，生成一个节点pi后，计算机器人与最近障碍物的距离D，如果D小于第一阈值，则使用随机函数Random()生成概率值G，将生成的概率值与第二阈值进行比较，如果概率值G小于第二阈值则节点pi符合要求，放入路径集合，如果概率值G大于或等于第二阈值则认定节点pi不符合要求，重新生成新的节点，重复生成新节点的过程，直至产生最终的路径P；步骤四，将生成的路径P放入队列Q中，每次读取三个节点a、b、c，三个节点组成两个线段ab和bc，计算两个线段之间的夹角，如果夹角小于第三阈值，按照步骤三生成节点的方式在ac之间生成新的节点b’，直至两个线段ab’和b’c之间的夹角大于第三阈值，将b’代替b加入路径P，之后再依次读取队列Q的后面的节点，直至处理完所有节点，以此使得路径P变得平滑；步骤五，输出最终的路径P，并且按照实时策略不断更新路径信息，机器人按照路径P避开障碍物。第二方面，本申请实施例提供了一种基于变概率策略的导览机器人动态避障装置，其特征在于，该装置包括：绘制模块，用于使用轮廓绘制算法进行地图绘制；坐标模块，用于获得机器人起点坐标值和终点坐标值；路径模块，用于使用双向快速搜索随机树RRT生成路径P，P＝(p0，p1，p2...pn)，其中，n>0，pi表示路径中的节点，0<＝i<＝n，搜索节点的周围状态时，采用可变的概率策略扩展目标点，生成一个节点pi后，计算机器人与最近障碍物的距离D，如果D小于第一阈值，则使用随机函数Random()生成概率值G，将生成的概率值与第二阈值进行比较，如果概率值G小于第二阈值则节点pi符合要求，放入路径集合，如果概率值G大于或等于第二阈值则认定节点pi不符合要求，重新生成新的节点，重复生成新节点的过程，直至产生最终的路径P；平滑模块，用于将生成的路径P放入队列Q中，每次读取三个节点a、b、c，三个节点组成两个线段ab和bc，计算两个线段之间的夹角，如果夹角小于第三阈值，按照路径模块生成节点的方式在ac之间生成新的节点b’，直至两个线段ab’和b’c之间的夹角大于第三阈值，将b’代替b加入路径P，之后再依次读取队列Q的后面的节点，直至处理完所有节点，以此使得路径P变得平滑；输出模块，用于输出最终的路径P，机器人按照路径P避开障碍物。第三方面，本申请实施例提供了一种机器人，其特征在于，其包括至少一个功能模块和控制器；所述控制器包括存储器和处理器，其中，所述存储器存储有计算机程序，所述程序被所述处理器执行时实现本申请实施例描述的方法。第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序用于：所述计算机程序被处理器执行时实现如本申请实施例描述的方法。附图说明通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1示出了本申请实施例提供的基于变概率策略的导览机器人动态避障方法的流程示意图；图2示出了本申请又一实施例提供的基于变概率策略的导览机器人动态避障装置结构框图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关专利技术，而非对该专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与专利技术相关的部分。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。请参考图1，图1示出了本申请实施例提供的基于变概率策略的导览机器人动态避障方法的流程示意图。如图1所示，该方法包括：步骤一，使用轮廓绘制算法进行地图绘制；步骤二，获得机器人起点坐标值和终点坐标值；步骤三，使用双向快速搜索随机树RRT生成路径P，P＝(p0，p1，p2...pn)，其中，n>0，pi表示路径中的节点，0<＝i<＝n，搜索节点的周围状态时，采用可变的概率策略扩展目标点，生成一个节点pi后，计算机器人与最近障碍物的距离D，如果D小于第一阈值，则使用随机函数Random()生成概率值G，将生成的概率值与第二阈值进行比较，如果概率值G小于第二阈值则节点pi符合要求，放入路径集合，如果概率值G大于或等于第二阈值则认定节点pi不符合要求，重新生成新的节点，重复生成新节点的过程，直至产生最终的路径P；步骤四，将生成的路径P放入队列Q中，每次读取三个节点a、b、c，三个节点组成两个线段ab和bc，计算两个线段之间的夹角，如果夹角小于第三阈值，按照步骤三生成节点的方式在ac之间生成新的节点b’，直至两个线段ab’和b’c之间的夹角大于第三阈值，将b’代替b加入路径P，之后再依次读取队列Q的后面的节点，直至处理完所有节点，以此使得路径P变得平滑；步骤五，输出最终的路径P，并且按照实时策略不断更新路径信息，机器人按照路径P避开障碍物。具体的，步骤四之后还包括如下步骤：判断队列Q中相邻两节点之间的距离L，如果距离L大于第四阈值，则对在两节点之间插入新的节点，新的节点为随机产生，新的节点到两个节点的距离均要大于L/4。请参考图2，图2示出了本申请又一实施例提供的基于变概率策略的导览机器人动态避障装置结构框图如图2所示，该装置包括：绘制模块10，用于使用轮廓绘制算法进行地图绘制；坐标模块20，用于获得机器人起点坐标值和终点坐标值；路径模块30，用于使用双向快速搜索随机树RRT生成路径P，P＝(p0，p1，p2...pn)，其中，n>0，pi表示路径中的节点，0<＝i<＝n，搜索节点的周围状态时，采用可变的概率策略扩展目标点，生成一个节点pi后，计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于变概率策略的导览机器人动态避障方法，其特征在于，该方法包括：步骤一，使用轮廓绘制算法进行地图绘制；步骤二，获得机器人起点坐标值和终点坐标值；步骤三，使用双向快速搜索随机树RRT生成路径P，P＝(p0，p1，p2...pn)，其中，n>0，pi表示路径中的节点，0<＝i<＝n，搜索节点的周围状态时，采用可变的概率策略扩展目标点，生成一个节点pi后，计算机器人与最近障碍物的距离D，如果D小于第一阈值，则使用随机函数Random()生成概率值G，将生成的概率值与第二阈值进行比较，如果概率值G小于第二阈值则节点pi符合要求，放入路径集合，如果概率值G大于或等于第二阈值则认定节点pi不符合要求，重新生成新的节点，重复生成新节点的过程，直至产生最终的路径P；步骤四，将生成的路径P放入队列Q中，每次读取三个节点a、b、c，三个节点组成两个线段ab和bc，计算两个线段之间的夹角，如果夹角小于第三阈值，按照步骤三生成节点的方式在ac之间生成新的节点b’，直至两个线段ab’和b’c之间的夹角大于第三阈值，将b’代替b加入路径P，之后再依次读取队列Q的后面的节点，直至处理完所有节点，以此使得路径P变得平滑；步骤五，输出最终的路径P，并且按照实时策略不断更新路径信息，机器人按照路径P避开障碍物。...

【技术特征摘要】
1.一种基于变概率策略的导览机器人动态避障方法，其特征在于，该方法包括：步骤一，使用轮廓绘制算法进行地图绘制；步骤二，获得机器人起点坐标值和终点坐标值；步骤三，使用双向快速搜索随机树RRT生成路径P，P＝(p0，p1，p2...pn)，其中，n>0，pi表示路径中的节点，0<＝i<＝n，搜索节点的周围状态时，采用可变的概率策略扩展目标点，生成一个节点pi后，计算机器人与最近障碍物的距离D，如果D小于第一阈值，则使用随机函数Random()生成概率值G，将生成的概率值与第二阈值进行比较，如果概率值G小于第二阈值则节点pi符合要求，放入路径集合，如果概率值G大于或等于第二阈值则认定节点pi不符合要求，重新生成新的节点，重复生成新节点的过程，直至产生最终的路径P；步骤四，将生成的路径P放入队列Q中，每次读取三个节点a、b、c，三个节点组成两个线段ab和bc，计算两个线段之间的夹角，如果夹角小于第三阈值，按照步骤三生成节点的方式在ac之间生成新的节点b’，直至两个线段ab’和b’c之间的夹角大于第三阈值，将b’代替b加入路径P，之后再依次读取队列Q的后面的节点，直至处理完所有节点，以此使得路径P变得平滑；步骤五，输出最终的路径P，并且按照实时策略不断更新路径信息，机器人按照路径P避开障碍物。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤四之后还包括如下步骤：判断队列Q中相邻两节点之间的距离L，如果距离L大于第四阈值，则对在两节点之间插入新的节点，新的节点为随机产生，新的节点到所述相邻两节点的距离均要大于L/4。3.一种基于变概率策略的导览机器人动态避障装置，其特征在于，该装置包括：绘制模块，用于使用轮廓绘制算法进行地图绘制；坐标模块，用于获得机器人起点坐标值和终点坐标值...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚俊峰，李新中，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35