【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于路径规划，具体涉及一种优化转向角度的任意角度路径规划方法。
技术介绍
1、作为自主无人系统不可或缺的一环，路径规划技术在工业自动化、搜索救援、交通导航、游戏开发等多个领域中有着广泛的应用。以自动驾驶技术为例，无人车需要通过路径规划技术进行自主导航，以确保既高效又安全地到达目的地。路径规划的核心目标是为移动实体在复杂环境中规划出一条从起点至终点的最佳路径，同时考虑避开障碍物并优化路径长度、运动时间、能耗和安全性等相关指标。一般来说，路径长度越短，且转向越少，则机器人等移动实体从起点到终点的运动时间越短，能耗越低，运动效率越高。
2、a*和d*等传统路径规划方法由于规划出的路径角度受限，产生的路径通常是锯齿状的，距离较长且转向较多，移动实体沿其规划的路径行走效率低下。任意角度路径规划方法解决了传统路径规划方法的一部分缺陷，允许路径的方向具有任意角度，显著缩短了路径长度，并使路径更加平滑，提高了机器人等移动实体的运动效率，从而节省了时间和能耗。任意角度路径规划方法与传统路径规划方法的效果对比请参阅图1。
3、然而，目前广泛采用的任意角度路径规划方法，例如theta*和anya，主要关注于路径长度的最小化，而较少考虑路径转向角度的最优化。因此，现有方法虽然能够最优化路径长度，却仍无法最优化移动实体沿路径的运动效率。这一缺陷使得这些路径规划方法在实际应用中往往规划得出可能距离稍短但是曲折的路径。例如，当无人车遇到曲折的小道和平滑的公路时，即使选择平滑的公路能够更快到达目的地、能耗更少且更安全，现有路径
4、为了解决这一问题，s-theta*方法尝试引入对不同节点间航向角关系的考量，计算后继节点与目标节点间的直线相对于父节点与目标节点间的直线的偏差角度代价，来生成更平滑的路径，减少转向带来的时间和能量损失，但其代价公式没有直接计算转向角度，且没有考虑转向角度对不同移动实体的不同影响程度，在实际应用中，这种方法往往无法稳定地规划出预期的少转向的平滑路径。此外，其它如先进行路径规划后再平滑路径的策略，虽部分考虑了移动实体的运动学特性，但无法在多路径选择中选择少转向的平滑路径，未能从根本上解决路径规划技术的这一关键问题。
5、因此，需要开发一种新的路径规划方法，在保持任意角度路径规划方法的优点的前提下，既考虑路径长度的最优化，又考虑针对移动实体的转向角度的最优化，从而规划出能最优化自主移动实体的运动效率的路径。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种优化转向角度的任意角度路径规划方法，通过优化路径总转向角度和平滑度，从而优化了移动实体沿路径移动时间、安全性和稳定性等指标。本专利技术有效地减少了路径总转向角度，提高了路径平滑度，尽可能地避免了迂回路径，显著优于其它现有方法。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下：
3、步骤1：记p为当前节点，q为p的父节点，r为q的父节点，t为p的后继节点，g为目标节点；对于任意两个节点x和y，记|xy|为x和y两个节点之间的欧氏距离，由余弦定理计算得到航向角的变化角：
4、
5、启发式图搜索方法的代价函数为：
6、f(p)＝g(p)+h(p),
7、其中f(p)为当前节点p的总代价函数，g(p)为在状态空间中从初始节点s到当前节点p的实际代价函数，h(p)为从当前节点p到目标节点g的最佳路径的估计代价；
8、h(p)用当前节点p到目标节点g的欧几里得距离表示，即：
9、h(p)＝|pg|
10、在g(p)的计算中加入用β(q,p,t)计算得出的转向代价函数θ(q,p,t)，θ(q,p,t)用如下公式表示：
11、θ(q,p,t)＝a(β(q,p,t))b,a∈[0,+∞),b∈r
12、其中a和b是可调参数；
13、步骤2：根据障碍物信息建立栅格地图，获取路径规划请求的起始位置与目标位置坐标；
14、步骤3：创建空的open表和closed表，其中open表记录候选节点，closed表记录已扩展节点，将起始位置节点放入open表中；
15、步骤4：如果open表没有节点，则规划失败，如果open表有节点，则从open表中取出代价函数f(p)最低的节点作为当前节点p，将p放入closed表，如果p的坐标与目标位置相同，则返回规划路径；
16、步骤5：遍历p节点的每个后继节点t，如果closed表中没有与t相同坐标的节点，则执行步骤6，如果后继节点遍历完成，则执行步骤4；
17、步骤6：用bresenham视线检测方法判定连接p与t的直线上是否有障碍物，如果没有障碍物且g(q)+|qt|<g(t)，则执行步骤7，如果有障碍物，执行步骤8，否则不作处理；
18、步骤7：使g(t)←g(q)+|qt|+θ(parent(q),q,t)，且将t的父节点赋为q，将t放入open表，返回步骤5继续遍历邻接节点；
19、步骤8：使g(t)←g(p)+|pt|+θ(q,p,t)，且将t的父节点赋为p，将t放入open表，返回步骤5继续遍历邻接节点。
20、本专利技术的有益效果如下：
21、1、本专利技术通过在任意角度路径规划中综合考虑航向角变化，引入了一种灵活且可自定义的转向代价函数。这种方法不仅充分考虑了转向角度在不同应用场景下的不同重要程度，而且能够根据不同移动实体的运动学模型的具体特性，规划出更加高效和安全的路径。与现有技术相比，本专利技术能够显著提高移动实体在复杂环境中的导航效率和安全性，使规划的路径更加贴近实际应用需求。
22、2、在工业自动化领域，本专利技术可优化机器人的运动轨迹，有效减少生产过程中的时间及能源消耗，从而提升生产效率并降低成本。在无人驾驶汽车技术应用中，本专利技术通过减少转向角度，增强了行驶的稳定性和安全性，为乘客提供更加安全舒适的出行体验。此外，在进行交通导航时，本方法能够为交通工具规划出更加高效的行驶路径，减少城市交通拥堵，提高交通系统的整体效率。
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1.一种优化转向角度的任意角度路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种优化转向角度的任意角度路径规...
【专利技术属性】
技术研发人员：张仁远，吴茂佳，夏天，阚志远，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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