CN108896048A - 用于移动载具的路径规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于移动载具的路径规划方法，属于导航领域，包括以栅格为最小单元对移动载具的作业区域进行分块处理，得到作业区块，在每个作业区块中通过遍历的方式进行往复作业；当移动载具在一个作业区块中完成作业后，进行跨区块作业，在另一个作业区块中同样按遍历的方式进行往复作业。能够令移动载具以已知信息的电子栅格地图为基础，通过区块分割算法得到多个作业区块，在每个作业区块内通过往复遍历路径规划算法规划区块内部的作业路径。通过在当前区块作业完毕后，通过区块间作业顺序规划算法，规划区块间的割草顺序；借助上述诸多算法能够对作业区域内的行进路线进行准确划分，最终提升工作效率。

Description

用于移动载具的路径规划方法

技术领域

本发明属于导航领域，特别涉及用于移动载具的路径规划方法。

背景技术

包括智能作业草机等一系列移动载具在移动过程中遇到障碍物时的普遍处理方式是根据传感器检测到的障碍物信息对自身的移动路线进行实时调整，过于频繁的调整会导致原始规划路线发生变化，以及移动载具的整体行驶路径缺乏统一规划，降低了移动载具的工作效率与质量。

发明内容

为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本发明提供了用于提高工作效率的用于移动载具的路径规划方法。

本发明提供了用于移动载具的路径规划方法，所述路径规划方法，包括：

以栅格为最小单元对移动载具的作业区域进行分块处理，得到作业区块，在每个作业区块中通过遍历的方式进行往复作业；

当移动载具在一个作业区块中完成作业后，进行跨区块作业，在另一个作业区块中同样按遍历的方式进行往复作业；

其中，在每个作业区块进行作业的过程中对存在的障碍物采取绕行处理。

可选的，所述以栅格为最小单元对移动载具的作业区域进行分块处理，得到作业区块，包括：

步骤1，按行或按列扫描栅格地图，以按列扫描为例，扫描栅格地图第一列，获取第一列中标记为未作业栅格的连续线段个数，从1开始为连续线段标号，进入步骤2；

步骤2，扫描下一列栅格，若标记为未作业的连续线段个数与前一列连续线段个数相同，则该列中每个连续线段采用的标号与前一列对应连续线段相同，若标记为未作业栅格的连续线段个数与前一列连续线段个数不同，则从当前最大标号加1开始为该列的连续线段标号，进入步骤3；

步骤3，判断该列是否为栅格地图最后一列，若是，则区块分割结束，若否，则进入步骤2。

可选的，所述在每个作业区块中通过遍历的方式进行往复作业，包括：

按行或按列扫描区块栅格；

以按列扫描为例，对第一列栅格自下向上扫描，生成作业路径；对第二列栅格从上往下扫描，生成作业路径；对第三列栅格自下往上扫描，生成作业路径，以此类推，每次切换到下一列，更改扫描方向，从而生成往复遍历的作业路径；

以按行扫描为例，对第一行栅格自右向左扫描，生成作业路径；对第二行栅格从左往右扫描，生成作业路径；对第三行栅格自右往左扫描，生成作业路径，以此类推，每次切换到右一行，更改扫描方向，从而生成往复遍历的作业路径。

可选的，所述当移动载具在一个作业区块中完成作业后，进行跨区块作业，包括：

步骤1，选取标号为1的区块作为当前区块；

步骤2，将当前区块标记为已作业区块，将该区块标号加入作业顺序队列，检查该区块的作业路径终点栅格是否有相邻的未作业区块，若有，则选取该区块作为下一个作业区块，若无，则选择距离终点栅格最近的未作业区块作为下一个作业区块，将下一个作业区块作为当前区块，重复步骤2，直到所有区块标记为已作业区块。

可选的，所述在每个作业区块进行作业的过程中对存在的障碍物采取绕行处理，包括：

步骤1，将上个区块终点所在栅格作为中心，检查上方栅格、下方栅格、左方栅格、右方栅格的标记，对每个标记为未作业栅格或已作业栅格的栅格，分别进行步骤2；

步骤2，若该栅格下个区块起点的对应栅格，则找到作业机从上个区块终点前往下个区块起点的无障碍物路径；否则，以该栅格作为中心，检查上方栅格、下方栅格、左方栅格、右方栅格的标记，对每个标记为未作业栅格或已作业栅格的栅格，分别进行步骤2。

可选的，所述规划方法还包括在作业区域边界的作业方法，包括：

步骤1，获取草皮边界的所有栅格坐标数据，获取栅格地图中心的坐标数据，

步骤2，根据公式计算边界修作业路径点坐标

其中(x_o,y_o)表示边界栅格的坐标，(x_c,y_c)表示地图中心的坐标，(x,y)表示路径点的坐标，d表示作业路径缩进宽度，

步骤3，根据公式每个边界栅格的坐标都能计算得到对应的作业路径点坐标，将相邻的作业路径点相连，得到草皮边界的修作业路径。

可选的，所述方法还包括遇到障碍物的时候令移动载具沿螺旋路径作业的作业方法，所述作业方法包括：

步骤1，获取障碍物边界的所有栅格坐标数据，获取障碍物中心的坐标数据，

步骤2，将障碍物边界的相邻栅格坐标点相连，构成螺旋路径的外圈，

步骤3，根据公式计算螺旋路径的内圈路径点坐标

其中(x_o,y_o)表示障碍物边界栅格的坐标，(x_c,y_c)表示障碍物中心的坐标，(x,y)表示内圈路径点的坐标，d表示作业路径缩进宽度，d的初始值为0，每次计算内圈路径点坐标后，根据公式d＝d+Δ更新d的值，其中Δ表示迭代缩进因子，是一个常数，

步骤4，根据公式每个障碍物边界栅格的坐标都能计算得到对应的内圈作业路径点坐标，将相邻的内圈作业路径点相连，得到螺旋状的内圈作业路径，将内圈作业路径与外圈作业路径相连，得到障碍物边界的修作业路径，

步骤5，作业机沿着螺旋作业路径修作业障碍物边界，若与障碍物发生碰撞，则停止修作业，该障碍物边界修作业完成。

有益效果：

通过在当前区块作业完毕后，通过区块间作业顺序规划算法，规划区块间的割草顺序；使用无障碍物路径规划算法，寻找区块间的无障碍移动路径；使用边界路径规划算法，规划草皮边界修割路径；使用螺旋路径规划算法，规划障碍物边界修割路径；使用障碍物间作业顺序规划算法，规划障碍物间边界修割的顺序。借助上述诸多算法能够对作业区域内的行进路线进行准确划分，最终提升工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的用于移动载具的路径规划方法的流程示意图；

图2为本发明割草区块分割算法的示意图；

图3为本发明往复遍历路径规划算法的示意图。

具体实施方式

为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。

实施例一

本发明提供了用于移动载具的路径规划方法，如图1所示，所述路径规划方法，包括：

步骤一，以栅格为最小单元对移动载具的作业区域进行分块处理，得到作业区块，在每个作业区块中通过遍历的方式进行往复作业；

步骤二，当移动载具在一个作业区块中完成作业后，进行跨区块作业，在另一个作业区块中同样按遍历的方式进行往复作业；

其中，在每个作业区块进行作业的过程中对存在的障碍物采取绕行处理。

本发明提出了用于移动载具的路径规划方法，能够令移动载具以已知信息的电子栅格地图为基础，通过区块分割算法得到多个作业区块，在每个作业区块内通过往复遍历路径规划算法规划区块内部的作业路径。在当前区块作业完毕后，通过区块间作业顺序规划算法，规划区块间的割草顺序；使用无障碍物路径规划算法，寻找区块间的无障碍移动路径；使用边界路径规划算法，规划草皮边界修割路径；使用螺旋路径规划算法，规划障碍物边界修割路径；使用障碍物间作业顺序规划算法，规划障碍物间边界修割的顺序。

下文中将对每个规划算法进行说明。

为了便于理解下文中以割草机作为移动载具的具体实现方式进行说明。

割草区域电子栅格地图是割草机器人用于描述草地环境的二维栅格数据，其中每个栅格都对应一个标记，标记分为不可进入、未割草皮、已割草皮。其中，不可进入表示该栅格为障碍物或草皮外部，不能进入。

步骤一中的以栅格为最小单元对移动载具的作业区域进行分块处理，得到作业区块的具体实现方式即为区块分割算法，执行步骤为：

步骤1，按行或按列扫描栅格地图，以按列扫描为例，扫描栅格地图第一列，获取第一列中标记为未作业栅格的连续线段个数，从1开始为连续线段标号，进入步骤2；

步骤2，扫描下一列栅格，若标记为未作业的连续线段个数与前一列连续线段个数相同，则该列中每个连续线段采用的标号与前一列对应连续线段相同，若标记为未作业栅格的连续线段个数与前一列连续线段个数不同，则从当前最大标号加1开始为该列的连续线段标号，进入步骤3；

步骤3，判断该列是否为栅格地图最后一列，若是，则区块分割结束，若否，则进入步骤2。

通过割草区块分割算法，能够将栅格地图中的草皮区域分割成标号不同的多个区块，对每个区块使用往复遍历路径规划算法，规划区块内部的割草路径。

步骤一中的在每个作业区块中通过遍历的方式进行往复作业的具体实现方式即为往复遍历路径规划算法，具体为：，执行步骤为：

按行或按列扫描区块栅格；

以按列扫描为例，对第一列栅格自下向上扫描，生成作业路径；对第二列栅格从上往下扫描，生成作业路径；对第三列栅格自下往上扫描，生成作业路径，以此类推，每次切换到下一列，更改扫描方向，从而生成往复遍历的作业路径；

以按行扫描为例，对第一行栅格自右向左扫描，生成作业路径；对第二行栅格从左往右扫描，生成作业路径；对第三行栅格自右往左扫描，生成作业路径，以此类推，每次切换到右一行，更改扫描方向，从而生成往复遍历的作业路径。

可选的，所述当移动载具在一个作业区块中完成作业后进行跨区块作业即为区块间作业顺序规划算法，包括：

步骤1，选取标号为1的区块作为当前区块；

步骤2，将当前区块标记为已作业区块，将该区块标号加入作业顺序队列，检查该区块的作业路径终点栅格是否有相邻的未作业区块，若有，则选取该区块作为下一个作业区块，若无，则选择距离终点栅格最近的未作业区块作为下一个作业区块，将下一个作业区块作为当前区块，重复步骤2，直到所有区块标记为已作业区块。

通过区块间作业顺序规划算法，能够得到割草机在各区块依次作业的顺序，使用无障碍物路径规划算法，寻找割草机从上个区块终点前往下个区块起点的无障碍物路径。具体的无障碍物路径规划算法表现为在每个作业区块进行作业的过程中对存在的障碍物采取绕行处理，包括：

步骤1，将上个区块终点所在栅格作为中心，检查上方栅格、下方栅格、左方栅格、右方栅格的标记，对每个标记为未作业栅格或已作业栅格的栅格，分别进行步骤2；

步骤2，若该栅格下个区块起点的对应栅格，则找到作业机从上个区块终点前往下个区块起点的无障碍物路径；否则，以该栅格作为中心，检查上方栅格、下方栅格、左方栅格、右方栅格的标记，对每个标记为未作业栅格或已作业栅格的栅格，分别进行步骤2。

以上算法实现了割草区域内绝大部分的割草任务，由于栅格地图的特点，同一栅格内可能既有草皮也有障碍物，导致草皮边界处、障碍物边界处存在部分漏割现象，为了进一步提高割草的覆盖程度，本发明提出了边界路径规划算法，用于规划草皮边界的修割路径；提出了螺旋路径规划算法，用于规划障碍物边界的修割路径。

进一步，上述边界路径规划算法，分为以下步骤：

步骤1，获取草皮边界的所有栅格坐标数据，获取栅格地图中心的坐标数据，

步骤2，根据公式计算边界修作业路径点坐标

其中(x_o,y_o)表示边界栅格的坐标，(x_c,y_c)表示地图中心的坐标，(x,y)表示路径点的坐标，d表示作业路径缩进宽度，

步骤3，根据公式每个边界栅格的坐标都能计算得到对应的作业路径点坐标，将相邻的作业路径点相连，得到草皮边界的修作业路径。

螺旋路径规划算法包括：

步骤1，获取障碍物边界的所有栅格坐标数据，获取障碍物中心的坐标数据，

步骤2，将障碍物边界的相邻栅格坐标点相连，构成螺旋路径的外圈，

步骤3，根据公式计算螺旋路径的内圈路径点坐标

其中(x_o,y_o)表示障碍物边界栅格的坐标，(x_c,y_c)表示障碍物中心的坐标，(x,y)表示内圈路径点的坐标，d表示作业路径缩进宽度，d的初始值为0，每次计算内圈路径点坐标后，根据公式d＝d+Δ更新d的值，其中Δ表示迭代缩进因子，是一个常数，

步骤4，根据公式每个障碍物边界栅格的坐标都能计算得到对应的内圈作业路径点坐标，将相邻的内圈作业路径点相连，得到螺旋状的内圈作业路径，将内圈作业路径与外圈作业路径相连，得到障碍物边界的修作业路径，

步骤5，作业机沿着螺旋作业路径修作业障碍物边界，若与障碍物发生碰撞，则停止修作业，该障碍物边界修作业完成。

上述障碍物间作业顺序规划算法，分为以下步骤：

步骤1，选取距离割草机最近的障碍物作为作业顺序的开始，将该障碍物作为当前障碍物，标记为已割。

步骤2，若所有障碍物都标记成已割，则完成作业顺序规划；否则，选取距离当前障碍物最近的障碍物作为下一个作业目标，将此最近的障碍物作为当前障碍物，标记为已割，重复步骤2。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)能够根据障碍物分割作业区块，有效地减少了割草机绕行障碍物的路程，提高了割草的效率。

(2)全局规划作业路径，割草路径能够完整覆盖作业区域，无死角，不漏割，保证了割草的质量。

基于前述内容，具体的路径规划结果如图2所示。栅格地图由不可进入的栅格与未割草皮的栅格组成，首先对未割草皮的栅格进行区块划分。从第一列开始，第一列的未割草皮栅格被不可进入的栅格分成了两个连续线段，为上方的线段标号为1，为下方的线段标号为2；第二列同样被分成了两个连续线段，为上方的线段标号为1，为下方的线段标号为2；第三列、第四列同理，为上方的线段标号为1，为下方的线段标号为2；第五列的未割草皮栅格的连续线段个数为1，与上一列的连续线段个数不同，需要更新标号，为该连续线段标号为3；第六列的未割草皮栅格为一个连续线段，与上一列的连续线段个数相同，为该线段标号为3；以此类推，可以将该栅格地图分成11个区块。

如附图3所示，在区块1中按列扫描，对第一列栅格自下向上扫描，生成割草路径；对第二列栅格从上往下扫描，生成割草路径；对第三列栅格自下往上扫描，生成割草路径，以此类推。每次切换到下一列，更改扫描方向，从而生成往复遍历的割草路径。同样地，每个区块都能运用该往复遍历路径规划算法，实现内部割草路径的规划。

将区块1作为区块作业顺序的开始，根据作业顺序规划算法，由于区块1内部割草路径的终点与区块3相邻，选择区块3作为下一个作业区块。以此类推，能够确定所有区块的作业顺序。

割草机从区块1终点前往区块3起点需要规划一条无障碍路径，应用无障碍物路径规划算法可以找到前往区块3起点的最短路径。以此类推，能够确定顺序作业区块间的所有无障碍路径。

将每个区块内部的割草路径与区块间的无障碍移动路径结合，能够得到割草区域内完整的割草路径规划。

根据边界路径规划算法，得到草皮边界的修割路径，根据螺旋路径规划算法，为每个障碍物规划障碍物边界修割路径，根据障碍物间作业顺序规划算法，得到障碍物边界的修割顺序，按照该顺序将每个障碍物边界的修割路径连接起来，得到完整的障碍物边界修割路径。

本发明提供了用于移动载具的路径规划方法，包括以栅格为最小单元对移动载具的作业区域进行分块处理，得到作业区块，在每个作业区块中通过遍历的方式进行往复作业；当移动载具在一个作业区块中完成作业后，进行跨区块作业，在另一个作业区块中同样按遍历的方式进行往复作业。能够令移动载具以已知信息的电子栅格地图为基础，通过区块分割算法得到多个作业区块，在每个作业区块内通过往复遍历路径规划算法规划区块内部的作业路径。通过在当前区块作业完毕后，通过区块间作业顺序规划算法，规划区块间的割草顺序；使用无障碍物路径规划算法，寻找区块间的无障碍移动路径；使用边界路径规划算法，规划草皮边界修割路径；使用螺旋路径规划算法，规划障碍物边界修割路径；使用障碍物间作业顺序规划算法，规划障碍物间边界修割的顺序。借助上述诸多算法能够对作业区域内的行进路线进行准确划分，最终提升工作效率。

上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。

以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.用于移动载具的路径规划方法，其特征在于，所述路径规划方法，包括：

以栅格为最小单元对移动载具的作业区域进行分块处理，得到作业区块，在每个作业区块中通过遍历的方式进行往复作业；

当移动载具在一个作业区块中完成作业后，进行跨区块作业，在另一个作业区块中同样按遍历的方式进行往复作业；

其中，在每个作业区块进行作业的过程中对存在的障碍物采取绕行处理。

2.根据权利要求1所述的用于移动载具的路径规划方法，其特征在于，所述以栅格为最小单元对移动载具的作业区域进行分块处理，得到作业区块，包括：

步骤1，按行或按列扫描栅格地图，以按列扫描为例，扫描栅格地图第一列，获取第一列中标记为未作业栅格的连续线段个数，从1开始为连续线段标号，进入步骤2；

步骤2，扫描下一列栅格，若标记为未作业的连续线段个数与前一列连续线段个数相同，则该列中每个连续线段采用的标号与前一列对应连续线段相同，若标记为未作业栅格的连续线段个数与前一列连续线段个数不同，则从当前最大标号加1开始为该列的连续线段标号，进入步骤3；

步骤3，判断该列是否为栅格地图最后一列，若是，则区块分割结束，若否，则进入步骤2。

3.根据权利要求1所述的用于移动载具的路径规划方法，其特征在于，所述在每个作业区块中通过遍历的方式进行往复作业，包括：

按行或按列扫描区块栅格；

以按列扫描为例，对第一列栅格自下向上扫描，生成作业路径；对第二列栅格从上往下扫描，生成作业路径；对第三列栅格自下往上扫描，生成作业路径，以此类推，每次切换到下一列，更改扫描方向，从而生成往复遍历的作业路径；

以按行扫描为例，对第一行栅格自右向左扫描，生成作业路径；对第二行栅格从左往右扫描，生成作业路径；对第三行栅格自右往左扫描，生成作业路径，以此类推，每次切换到右一行，更改扫描方向，从而生成往复遍历的作业路径。

4.根据权利要求1所述的用于移动载具的路径规划方法，其特征在于，所述当移动载具在一个作业区块中完成作业后，进行跨区块作业，包括：

步骤1，选取标号为1的区块作为当前区块；

步骤2，将当前区块标记为已作业区块，将该区块标号加入作业顺序队列，检查该区块的作业路径终点栅格是否有相邻的未作业区块，若有，则选取该区块作为下一个作业区块，若无，则选择距离终点栅格最近的未作业区块作为下一个作业区块，将下一个作业区块作为当前区块，重复步骤2，直到所有区块标记为已作业区块。

5.根据权利要求1所述的用于移动载具的路径规划方法，其特征在于，所述在每个作业区块进行作业的过程中对存在的障碍物采取绕行处理，包括：

步骤1，将上个区块终点所在栅格作为中心，检查上方栅格、下方栅格、左方栅格、右方栅格的标记，对每个标记为未作业栅格或已作业栅格的栅格，分别进行步骤2；

步骤2，若该栅格下个区块起点的对应栅格，则找到作业机从上个区块终点前往下个区块起点的无障碍物路径；否则，以该栅格作为中心，检查上方栅格、下方栅格、左方栅格、右方栅格的标记，对每个标记为未作业栅格或已作业栅格的栅格，分别进行步骤2。

6.根据权利要求1所述的用于移动载具的路径规划方法，其特征在于，所述规划方法还包括在作业区域边界的作业方法，包括：

步骤1，获取草皮边界的所有栅格坐标数据，获取栅格地图中心的坐标数据，

步骤2，根据公式计算边界修作业路径点坐标

其中(x_o,y_o)表示边界栅格的坐标，(x_c,y_c)表示地图中心的坐标，(x,y)表示路径点的坐标，d表示作业路径缩进宽度，

步骤3，根据公式每个边界栅格的坐标都能计算得到对应的作业路径点坐标，将相邻的作业路径点相连，得到草皮边界的修作业路径。

7.根据权利要求1所述的用于移动载具的路径规划方法，其特征在于，所述方法还包括遇到障碍物的时候令移动载具沿螺旋路径作业的作业方法，所述作业方法包括：

步骤1，获取障碍物边界的所有栅格坐标数据，获取障碍物中心的坐标数据，

步骤2，将障碍物边界的相邻栅格坐标点相连，构成螺旋路径的外圈，

步骤3，根据公式计算螺旋路径的内圈路径点坐标

其中(x_o,y_o)表示障碍物边界栅格的坐标，(x_c,y_c)表示障碍物中心的坐标，(x,y)表示内圈路径点的坐标，d表示作业路径缩进宽度，d的初始值为0，每次计算内圈路径点坐标后，根据公式d＝d+Δ更新d的值，其中Δ表示迭代缩进因子，是一个常数，

步骤4，根据公式每个障碍物边界栅格的坐标都能计算得到对应的内圈作业路径点坐标，将相邻的内圈作业路径点相连，得到螺旋状的内圈作业路径，将内圈作业路径与外圈作业路径相连，得到障碍物边界的修作业路径，

步骤5，作业机沿着螺旋作业路径修作业障碍物边界，若与障碍物发生碰撞，则停止修作业，该障碍物边界修作业完成。