CN104407613B - 一种避障路径平滑优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种避障路径平滑优化方法,该方法首先获取障碍物区域范围；然后获取避障搜索路径的起始节点和目标节点，并初始定义起始节点为标记起点，目标节点为标记终点；再获取标记起点和标记终点之间连接线的各点坐标；接着通过判断所获点坐标是否位于障碍物区域范围内，判断重新定义后的标记起点是否等于标记终点，进行相应操作来获得平滑路径；最后将获得的路径起始节点定义为标记终点，目标节点定义为标记起点，重新进行判断操作，最终得出平滑优化后的避障路径。该方法能够降低避障搜索路径中的累计转折次数，减小避障搜索路径中的累计转折角度，有效减少避障搜索路径的长度。
Description
技术领域
本发明涉及一种路径平滑优化方法，尤其是对避障路径的平滑优化方法。
背景技术
在避障路径规划中，通常的路径搜索算法规划出的路径曲曲折折，冗余点比较多，不是一条由大多单点组成的路径。如果机械臂沿此路径动作，势必会产生剧烈的振动；如果移动机器装置沿此路径前进，则会走较多的弯路。而且它们也都会消耗较多不必要的能源。在经过避障路径搜索后，为了获得顺畅的最短避障路径，对搜索路径进行平滑优化，是需要解决的重要问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种避障路径平滑优化方法，期望最终获得最短的平滑路径。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种避障路径平滑优化方法，其特征是包括以下步骤:
Step1: 获取障碍物区域范围；
Step2: 获取避障搜索路径的起始节点和目标节点，并初始定义起始节点为标记起点，目标节点为标记终点；
Step3: 获取标记起点和标记终点之间连接线的各点坐标；
Step4: 判断Step3中所获点坐标是否位于Step1中所获障碍物区域范围内；若位于障碍物区域范围内，将标记终点相邻点重新定义为标记终点，转至Step3执行；反之，连接现标记起点和标记终点后，将标记终点重新定义为标记起点，目标节点为标记终点；
Step5: 判断Step4中新定义标记起点是否等于标记终点，若相同，停止执行；否则，转至Step3执行；
Step6: 将Step5中获得的路径起始节点定义为标记终点，目标节点定义为标记起点，重新执行Step3~Step5，最终得出平滑优化后的避障路径。
其中所述障碍物区域范围获取首先要对障碍物建模，将其由三维空间实体转化为二维空间的几何图块，然后通过算术运算得到能够包络整个图形的边界点坐标。
其中所述获取避障搜索路径的起始节点和目标节点步骤，首先需要去除搜索路径中的冗余点，以确保起始节点和目标节点周围分别只有一个相邻节点，同时也为了减少后续节点搜索的工作量，提高运算效率。
其中所述Step3和Step4中连接标记起点和标记终点的线的生成方法可以不同；Step4中标记起点和标记终点连接线任意，且可以是虚拟的；Step4中连接标记起点和标记终点的线必须为真实的直线，且为最短直线。
其中所述Step5中获得的路径为Step2中搜索路径的平滑路径，但不是最短平滑路径，经过Step6进一步优化后，最终获得最短的平滑路径。
本发明所提供的避障路径平滑优化方法，可以降低避障搜索路径中的累计转折次数，减小避障搜索路径中的累计转折角度，有效减少避障搜索路径的长度，从而最终能够获得最短的平滑路径。
附图说明
图1为避障路径平滑优化流程图；
图2为避障搜索路径图；
图3为去除冗余点后的避障搜索路径图；
图4为避障平滑路径图；
图5为避障平滑优化路径图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，避障路径平滑优化的过程如下：
首先对障碍物建模，将其由三维空间实体转化为二维空间的几何图块，然后通过算术运算得到能够包络整个图形的边界点坐标。接着对避障搜索路径中的冗余点进行去除，确保起始节点和目标节点周围分别只有一个相邻节点；在获取避障搜索路径的起始节点和目标节点后，初始定义起始节点为标记起点，目标节点为标记终点。连接标记起点和标记终点（连接线任意，且可以是虚拟的），并获取其各点坐标。对所获点坐标是否位于障碍物区域范围内进行判断，若位于障碍物区域范围内，将标记终点相邻点重新定义为标记终点，重新对两点进行连接、坐标获取和判断；若不位于障碍物区域范围内，则直线连接现标记起点和标记终点后，将标记终点重新定义为标记起点，目标节点为标记终点。再对新定义标记起点是否等于标记终点进行判断，若相同，则停止执行；否则，重新对两点进行连接、坐标获取和判断直至停止执行。对首轮获得的平滑路径起始节点定义为标记终点，目标节点定义为标记起点，重新执行上述内容，最终得出平滑优化后的避障路径。
下面参照附图结合示例性实施例对本发明做进一步的详细说明。
以移动机器装置的避障路径平滑优化为例，对本发明进行详细描述。图2中，方格可看做放大了的像素点，黑色块则是二维化的障碍物，红色方块线为通过路径搜索算法得到的避障路径，从中可以看出路径曲曲折折，存在折线多、转折次数多、累积转折角度大、路径比较长等问题，需要进一步的处理。下面利用本发明的方法进行路径的平滑优化。
Step1: 建立障碍物信息矩阵，将避障搜索路径加入临时节点集合。
Step2: 将临时节点集合中的冗余点剔除，获取起始节点和目标节点，原避障搜索路径变为一条由单点组成的路径，如图3，同时将起始节点和目标节点赋予标记起点和标记终点变量。
Step3: 在标记起点和标记终点之间任意连线，将连线坐标加入暂存点集合。
Step4: 循环判断暂存点是否位于障碍物信息矩阵，若在其信息矩阵，将标记终点相邻点赋予标记终点变量，转至Step3执行；反之，实线连接现标记起点和标记终点，连线点加入永久节点集合，将标记终点赋予标记起点变量，目标节点赋予标记终点变量。
Step5: 判断Step4中新定义标记起点是否是标记终点，若是，停止执行，将永久节点集合结果示图，如图4；否则，转至Step3执行。
Step6: 将Step5中获得的路径起始节点赋予标记终点变量，目标节点赋予标记起点变量，重新执行Step3~Step5，最终得出平滑优化后的避障路径，如图5。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由其权利要求限定。
Claims (4)
1.一种避障路径平滑优化方法，其特征在于包括以下步骤：
Step1: 获取障碍物区域范围；
Step2: 获取避障搜索路径的起始节点和目标节点，并初始定义起始节点为标记起点，目标节点为标记终点；
Step3: 获取标记起点和标记终点之间连接线的各点坐标；
Step4: 判断Step3中所获点坐标是否位于Step1中所获障碍物区域范围内；若位于障碍物区域范围内，将标记终点相邻点重新定义为标记终点，转至Step3执行；反之，连接现标记起点和标记终点后，将标记终点重新定义为标记起点，目标节点为标记终点；
Step5: 判断Step4中新定义标记起点是否等于标记终点，若相同，停止执行；否则，转至Step3执行；
Step6: 将Step5中获得的路径起始节点定义为标记终点，目标节点定义为标记起点，重新执行Step3~Step5，最终得出平滑优化后的避障路径。
2.根据权利要求1所述的一种避障路径平滑优化方法，其特征在于，所述障碍物区域范围获取首先要对障碍物建模，将其由三维空间实体转化为二维空间的几何图块，然后通过算术运算得到能够包络整个图形的边界点坐标。
3.根据权利要求1所述的一种避障路径平滑优化方法，其特征在于，所述获取避障搜索路径的起始节点和目标节点步骤，首先需要去除搜索路径中的冗余点，以确保起始节点和目标节点周围分别只有一个相邻节点，同时也为了减少后续节点搜索的工作量，提高运算效率。
4.根据权利要求1所述的一种避障路径平滑优化方法，其特征在于，所述Step5中获得的路径为Step2中搜索路径的平滑路径，但不是最短平滑路径，经过Step6进一步优化后，最终获得最短的平滑路径。
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