【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机器人路径规划，尤其涉及基于改进人工势场算法的机器人动态路径规划方法及系统。
技术介绍
1、近年来，随着硬件的不断进步，机器人已广泛应用于医疗、军事、工业、农业和服务业等多个领域。机器人路径规划是指在一定评价标准下，从起点到终点找到一条最优或次优的无碰撞路径。许多成熟算法已被提出以解决这一问题，其中rrt（基于采样的快速探索树）算法在高维和多约束路径规划中表现突出，尤其适合单次查询。局部路径规划常用的算法包括dwa（动态窗口法）和apf（人工势场法）。
2、人工势场法依赖全局势函数来引导机器人运动，但容易陷入局部最小值，同时对于运动的障碍物，未能考虑其运动特性。
3、然而，在实际应用过程中，机器人所处环境多为动态环境。要满足机器人运动过程中遇到动态障碍物时的避障，依然要依靠局部路径规划。目前大部分机器人路径规划均以静态障碍物为主，当出现动态障碍物时，机器人运动对原路径适应性较差。此外，当前机器人面对动态障碍物的局部路径规划，至少还存在以下技术问题：
4、（1）在行进过程中，机器人无法准确判断运动的障碍物是否对原始运动轨迹有影响；
5、（2）无法准确把握局部路径动态规划的时机，而是选择对所有障碍物进行动态避障，浪费计算资源；
6、（3）传统人工势场算法包括吸引势场和斥力势场，其中斥力势场主要用于避免机器人与障碍物的碰撞。然而上述斥力势场并未考虑运动障碍物的运动信息，不能实现针对性的对斥力势场进行动态调整，且在避免碰撞方面仍存在一定的改进空间。
>技术实现思路
1、为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了基于改进人工势场算法的机器人动态路径规划方法及系统，考虑了运动障碍物的运动信息，引入运动障碍物的速度矢量，并根据机器人的相对运动方向调整斥力大小，增强了斥力的有效性，且通过设置多层斥力场的方式，结合指数函数，使机器人在靠近障碍物时，斥力急剧增强，有效避免碰撞。
2、为实现上述目的，本专利技术的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
3、本专利技术第一方面提供了基于改进人工势场算法的机器人动态路径规划方法。
4、基于改进人工势场算法的机器人动态路径规划方法，包括以下步骤：
5、获取机器人原始运动路径上动态障碍物的运动速度；
6、判断机器人是否会与动态障碍物发生碰撞，若是，则划定动态避障区域；
7、基于动态避障区域和原始运动路径，确定动态路径的起点和终点；
8、在动态避障区域内，划定多层斥力势场，并引入指数函数计算每一层斥力势场的斥力；
9、在每一层斥力势场的斥力基础上，结合机器人相对于障碍物的运动方向与障碍物速度矢量的关系，得到强化后每一层斥力势场的斥力；
10、叠加强化后每一层斥力势场的斥力，得到总斥力场，并结合吸引势场，得到总势场；
11、基于总势场，得到总势场力，并基于总势场力，更新动态路径起点和终点之间、位于动态避障区域内的节点，规划出机器人的动态路径。
12、本专利技术第二方面提供了基于改进人工势场算法的机器人动态路径规划系统。
13、基于改进人工势场算法的机器人动态路径规划系统，包括：
14、障碍物速度获取模块，被配置为：获取机器人原始运动路径上动态障碍物的运动速度；
15、碰撞判断模块，被配置为：判断机器人是否会与动态障碍物发生碰撞，若是，则划定动态避障区域；
16、动态路径起始点确定模块，被配置为：基于动态避障区域和原始运动路径，确定动态路径的起点和终点；
17、多层斥力势场划分模块，被配置为：在动态避障区域内，划定多层斥力势场，并引入指数函数计算每一层斥力势场的斥力；
18、斥力强化模块，被配置为：在每一层斥力势场的斥力基础上，结合机器人相对于障碍物的运动方向与障碍物速度矢量的关系，得到强化后每一层斥力势场的斥力；
19、总势场计算模块，被配置为：叠加强化后每一层斥力势场的斥力，得到总斥力场，并结合吸引势场，得到总势场；
20、更新模块，被配置为：基于总势场，得到总势场力，并基于总势场力，更新动态路径起点和终点之间、位于动态避障区域内的节点，规划出机器人的动态路径。
21、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
22、本专利技术提供了一种基于改进人工势场算法的机器人动态路径规划方法及系统，引入动态障碍物运动矢量的分层人工势场算法，通过分层的方式，结合指数函数，使得机器人在靠近障碍物时，斥力急剧增强，有效避免碰撞；根据运动障碍物的速度和方向，动态调整斥力，确保在障碍物运动方向上的斥力大于其他方向，增强算法的鲁棒性。
23、通过本专利技术的方法，机器人能够在复杂动态环境中安全、有效地进行路径规划，避免误触发碰撞。这种优化方法为运动障碍物的路径规划提供了更灵活的策略，使机器人在动态环境中具有更强的适应能力。
24、本专利技术使用速度障碍算法判断机器人是否会与动态障碍物发生碰撞，设立碰撞判断条件，判断机器人的速度是否在速度障碍内，从而准确判断动态障碍物是否会对机器人原始运动造成影响。
25、本专利技术划定动态避障区域，设置了碰撞范围，将碰撞范围作为动态避障范围，以动态障碍物的中心位置为圆心、以动态避障范围为半径，确定出动态避障区域，避免浪费计算资源。
26、本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
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1.基于改进人工势场算法的机器人动态路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的基于改进人工势场算法的机器人动态路径规划方法，其特征在于：
3.如权利要求1所述的基于改进人工势场算法的机器人动态路径规划方法，其特征在于，使用速度障碍算法判断机器人是否会与动态障碍物发生碰撞，具体包括：
4.如权利要求1所述的基于改进人工势场算法的机器人动态路径规划方法，其特征在于，划定动态避障区域，具体包括：
5.如权利要求1所述的基于改进人工势场算法的机器人动态路径规划方法，其特征在于，基于动态避障区域和原始运动路径，确定动态路径的起点和终点，具体包括：
6.如权利要求1所述的基于改进人工势场算法的机器人动态路径规划方法，其特征在于，所述每一层斥力势场的斥力，具体为：
7.如权利要求6所述的基于改进人工势场算法的机器人动态路径规划方法，其特征在于，所述强化后每一层斥力势场的斥力，具体为：
8.如权利要求7所述的基于改进人工势场算法的机器人动态路径规划方法，其特征在于，所述总势场，具体为：>
9.如权利要求1所述的基于改进人工势场算法的机器人动态路径规划方法，其特征在于：
10.基于改进人工势场算法的机器人动态路径规划系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.基于改进人工势场算法的机器人动态路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的基于改进人工势场算法的机器人动态路径规划方法，其特征在于：
3.如权利要求1所述的基于改进人工势场算法的机器人动态路径规划方法，其特征在于，使用速度障碍算法判断机器人是否会与动态障碍物发生碰撞，具体包括：
4.如权利要求1所述的基于改进人工势场算法的机器人动态路径规划方法，其特征在于，划定动态避障区域，具体包括：
5.如权利要求1所述的基于改进人工势场算法的机器人动态路径规划方法，其特征在于，基于动态避障区域和原始运动路径，确定动态...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜付鑫，苏富康，韩应飞，陈超，孙玉玺，宋锐，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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