集群小车的动态路径规划方法技术

本发明专利技术提供了一种集群小车的动态路径规划方法，所述方法包括获取环境图像，对环境图像进行栅格化处理，得到栅格化地图；基于布雷森汉姆直线算法对栅格化地图进行路径规划，得到初始规划路径；基于人工势场对初始规划路径进行局部路径优化，得到最优规划路径。与现有技术相比，本发明专利技术基于布雷森汉姆直线算法，可以实现路径规划的路线不会贴着障碍物，减少了因为控制延迟或者摄像头抖动带来的障碍物大小变换导致的碰撞；转折点和换向点的思路也减舍弃了大量不必要的节点运算以保证极快的搜索效率，且通过人工势场法解决局部极小值问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术适用于自动化控制，尤其涉及一种集群小车的动态路径规划方法。

技术介绍

1、集群小车技术近年来得到了快速发展，广泛应用于物流、仓储、智能制造等领域。这些小车通常配备有传感器、控制器和执行机构，能够自主完成路径规划、避障、导航等任务。然而，随着应用场景的复杂化，传统的路径规划方法已难以满足实际需求，目前的路径规划方法主要包括以下三种：

2、人工势场路径规划：技术原理简单，便于底层的实时控制，在机器人的实时避障和平滑轨迹控制具有优势，但人工势场路径规划方法通常存在局部极小点，尽管也有不少针对局部极小的改进方法，但到目前为止，仍未找到完全满意的答案，另外在引力和斥力场设计时存在人为不确定因素，在障碍物较多时还存在计算量过大等。

3、遗传算法：是最早应用于组合优化问题的智能优化算法，该算法及其派生算法在机器人路径规划研究领域已得到应用，在蚁群算法较好解决旅行商问题(tsp)，缺点是运算效率不高。

4、传统a*算法：在路径规划中面对复杂环境和高动态任务时存在搜索速度慢、冗余节点多。而且动路线折线多、转折次数多、转折角大；并且贴着障碍物，会因为控制延迟或者摄像头抖动带来的障碍物大小变换导致的碰撞。

5、因此，亟需一种新的集群小车的动态路径规划方法解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本专利技术提供一种集群小车的动态路径规划方法，旨在提高集群小车的路径规划的效率以及精准度。

2、本专利技术提供一种集群小车的动态路径规划方法，所述动态路径规划方法包括以下步骤：

3、s1、获取环境图像，对所述环境图像进行栅格化处理，得到栅格化地图；

4、s2、基于布雷森汉姆直线算法对所述栅格化地图进行路径规划，得到初始规划路径；

5、s3、基于人工势场对所述初始规划路径进行局部路径优化，得到最优规划路径。

6、优选地，步骤s2中包括以下子步骤：

7、s21、在所述栅格化地图中设置起始点以及目标点，并根据对所述栅格化地图中的障碍物进行安全窗口添加；

8、s22、通过所述布雷森汉姆直线算法从所述起始点的预设方向上射出多条光线，以确定所述栅格化地图中的可见区域；

9、s23、将所述光线遇到所述障碍物的坐标点进行标记，得到多个关键点；其中，所述关键点包括转折点以及换向点，所述关键点为所述光线的受到所述障碍物影响发生方向改变的点，所述换向点为所述光线的方向进行调整的点；

10、s24、判断所述光线是否抵达到所述目标点；

11、若否，则对多个所述关键点的代价进行计算，将代价最小的所述关键点作为新的起始点，返回步骤s22；

12、若是，则将多个代价最小的所述关键点进行整合，得到所述初始规划路径。

13、优选地，当所述关键点的左上方或右下方存在所述障碍物且水平方向或垂直方向不存在所述障碍物时，则所述关键点为转折点。

14、优选地，当所述关键点的左上方存在所述障碍物且上方和左方不存在所述障碍物时，所述关键点为换向点；

15、所述换向点包括水平换向点以及垂直换向点，所述水平换向点为所述光线在水平方向的路径被所述障碍物截断后需要调整方向的点，所述垂直换向点为所述光线在垂直方向的路径被所述障碍物截断后需要调整方向的点。

16、优选地，步骤s3中，基于所述人工势场对所述集群小车在所述初始规划路径中的关键点时，提供斥力势场，实现对所述初始规划路径的局部路径优化。

17、优选地，所述斥力势场满足以下规则：

18、

19、其中，kr表示常数，d表示所述集群小车与所述障碍物之间的距离，dm表示预设距离阈值，f表示所述斥力势场。

20、与现有技术相比，本专利技术通过获取环境图像，对环境图像进行栅格化处理，得到栅格化地图；基于布雷森汉姆直线算法对栅格化地图进行路径规划，得到初始规划路径；基于人工势场对初始规划路径进行局部路径优化，得到最优规划路径。本专利技术基于布雷森汉姆直线算法，可以实现路径规划的路线不会贴着障碍物，减少了因为控制延迟或者摄像头抖动带来的障碍物大小变换导致的碰撞；转折点和换向点的思路也减舍弃了大量不必要的节点运算以保证极快的搜索效率，且通过人工势场法解决局部极小值问题。

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【技术保护点】

1.一种集群小车的动态路径规划方法，其特征在于，所述动态路径规划方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的集群小车的动态路径规划方法，其特征在于，步骤S2中包括以下子步骤：

3.如权利要求2所述的集群小车的动态路径规划方法，其特征在于，当所述关键点的左上方或右下方存在所述障碍物且水平方向或垂直方向不存在所述障碍物时，则所述关键点为转折点。

4.如权利要求2所述的集群小车的动态路径规划方法，其特征在于，当所述关键点的左上方存在所述障碍物且上方和左方不存在所述障碍物时，所述关键点为换向点；

5.如权利要求2所述的集群小车的动态路径规划方法，，其特征在于，步骤S3中，基于所述人工势场对所述集群小车在所述初始规划路径中的关键点时，提供斥力势场，实现对所述初始规划路径的局部路径优化。

6.如权利要求5所述的集群小车的动态路径规划方法，，其特征在于，所述斥力势场满足以下规则：

【技术特征摘要】

1.一种集群小车的动态路径规划方法，其特征在于，所述动态路径规划方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的集群小车的动态路径规划方法，其特征在于，步骤s2中包括以下子步骤：

3.如权利要求2所述的集群小车的动态路径规划方法，其特征在于，当所述关键点的左上方或右下方存在所述障碍物且水平方向或垂直方向不存在所述障碍物时，则所述关键点为转折点。

4.如权利要求2所述的集群小车的动态路径...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁振伟，刘文君，缪文南，吴子青，陈翔国，林久淞，曹闹昌，王开来，
申请(专利权)人：广州城市理工学院，
类型：发明
国别省市：