CN111060103A - 一种局部动态寻优避障的路径规划方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种局部动态寻优避障的路径规划方法，通过建立环境模模型、形成初始最短路径、障碍物干涉判断、路径点插入、可行点记录、形成可选路径和输出优选路径，可对起点与目标点之间的障碍物进行避障路径规划，并通过插入多个路径点，判断路径点与目标点连线是否与当前避障对象发生干涉，记录可行点，输出距离尽可能短的优选路径，尤其适用于多障碍物环境下的复杂路径规划，输出的优选路径能够为用户节约耗费在路途上的时间，提高通行效率。
Description
技术领域
本发明涉及领域，特别是指一种局部动态寻优避障的路径规划方法。
背景技术
当用户需要从起点到达目标点时，需要对移动路径进行规划，如导航系统，起点与目标点之间往往存在若干形状各异的障碍物，如何获取从起始点到达目标点的最优路径，需要根据全局环境中不同障碍物的位置及其形状特征对行走路径进行规划设计；
但现有技术中的路径规划方式主要是通过既定的道路进行道路组合的选择，无法做到在避开障碍物的基础上优选最佳路径。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种局部动态寻优避障的路径规划方法，旨在通过局部区域路径寻优实现全局最短路径规划，提高通行效率。
基于上述目的本发明提供的一种局部动态寻优避障的路径规划方法，本方法包括：
环境模型的建立和预处理，所述环境模型中包括障碍物模型(包括位置坐标及形状特征信息)、起点坐标和目标点坐标；环境模型的预处理针对实际障碍物的形状进行凸化或包罗处理，以避免在产生凹型等无效区域，导致增加规划成本或目标不可达现象。
将起点作为节点，连接节点与目标点，形成初始最短路径；
障碍物干涉判断：若初始最短路径与多个障碍物边界存在干涉，计算初始最短路径中节点与较靠近节点的交点之间的距离，并根据所述距离大小进行排序存储；
路径点插入：选择所述距离最短的障碍物作为当前避障对象，根据障碍物形状特征，从顺时针、逆时针两个方向上分别沿其边界依次插入路径点，并分别在两个方向上记录沿其边界经过的第一个图形顶点，记为过渡点；
可行点记录：判断各路径点与目标点连线是否与该障碍物发生干涉，若发生干涉，则将该路径点记为可行点，否则停止插入路径点；
分别选择两个方向上最后的可行点作为新的节点，形成新的最短初始路径；
重新执行障碍物干涉判断、路径点插入和可行点记录，得到新的节点，直到新的初始最短路径与障碍物不存在干涉；
将起点、过渡点和除起点外的其他各节点依次连接后与目标点连接，若相邻节点连线与障碍物存在干涉，记录干涉点，干涉点之间沿障碍物边界连接，形成可选路径；
计算各可选路径的长度，将最短的可选路径输出为优选路径。
优选地，生成优选路径后，还包括：
若优选路径中存在转弯角小于设定角度的折角，对所述折角以设定半径进行圆角过渡。
优选地，对折角以设定半径进行圆角过渡包括：
采用曲线插值方法对折角以设定半径进行圆角过渡。
优选地，设定角度为70°。
优选地，建立环境模型包括：
在笛卡尔坐标系下，定义起点坐标，根据与起点的相对位置建立目标点坐标和障碍物模型；
若障碍物为凸多边形，记录其各顶点坐标值；
若障碍物为圆形或圆弧，记录其圆心坐标和半径；
若障碍物为其他图形。可用外接多边形或外接圆或二者组合来表达该图形信息。
优选地，还包括：若可选路径上包括障碍物的顶点，将可选路径上相邻顶点间的路径记为途径段，将途径段的两端点记为途径顶点，将相邻途径顶点依次连接，形成若干段顶点路径；
若顶点路径与障碍物不存在干涉，则将顶点路径替换与其共享端点的途径段，输出修正路径；
比较各所述修正路径的距离，选定距离最短的修正路径，作为最优路径。
从上面所述可以看出，本发明提供的局部动态寻优避障的路径规划方法，通过建立环境模模型、形成初始最短路径、障碍物干涉判断、路径点插入、可行点记录、形成可选路径和输出优选路径，可对起点与目标点之间的障碍物进行避障路径规划，并通过插入多个路径点，判断路径点与目标点连线是否与当前避障对象发生干涉，记录可行点，输出距离最短的优选路径，尤其适用于多障碍物环境下的复杂路径规划，输出的优选路径能够为用户节约耗费在路途上的时间，提高通行效率。
附图说明
图1为本发明实施例的路径规划方法流程示意图；
图2为本发明实施例的矩形障碍物局部优选路径规划示意图；
图3为本发明实施例的三角形障碍物局部优选路径规划示意图；
图4为本发明实施例的圆形障碍物局部优选路径规划示意图；
图5为本发明实施例的多障碍物优选路径规划示意图。
其中，A为起点，B为目标点，1、2、3、4为过渡点或节点。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
一种局部动态寻优避障的路径规划方法，如图1所示，包括以下步骤：
S101环境模型建立和预处理，环境模型中包括障碍物模型、起点坐标和目标坐标；环境模型的预处理针对实际障碍物的形状进行凸化或包罗处理，以避免在产生凹型等无效区域，导致增加规划成本或目标不可达现象。
其中障碍物模型的位置、起点坐标和目标坐标之间的相对位置符合实际情况。
S102将起点作为节点，连接节点与目标点，形成初始最短路径；
节点与目标点之间的线段即为初始最短路径。
S103障碍物干涉判断：若初始最短路径与多个障碍物边界存在干涉，计算初始最短路径中节点与较靠近节点的交点之间的距离，并根据距离大小进行排序存储；
若初始最短路径与障碍物不存在干涉，则说明初始最短路径即为最优路径，则后续步骤无需执行，若初始最短路径与障碍物存在干涉，则会产生至少一个交点，计算交点中较靠近节点的交点与起点之间的距离；
S104路径点插入：选择距离最短的障碍物作为当前避障对象，根据障碍物形状特征，从顺时针、逆时针两个方向上分别沿其边界依次插入路径点，并分别在两个方向上记录沿其边界经过的第一个图形顶点，记为过渡点；
从顺时针、逆时针两个方向上分别沿障碍物边界依次插入路径点，形成了两条由若干路径点组成的路径。
S105判断各路径点与目标点连线是否与该障碍物发生干涉，若发生干涉，则将该路径点记为可行点，否则停止插入路径点；
路径点与目标点连线不与该障碍物发生干涉时，意味着可从该路径点沿直线方向直接到达目标点；
S106分别选择两个方向上最后的可行点作为新的节点，形成新的最短初始路径；
重新执行障碍物干涉判断、路径点插入和可行点记录，得到新的节点，直到新的初始最短路径与障碍物不存在干涉；
重新执行障碍物干涉判断、路径点插入和可行点记录，即是选择新的当前避障对象，重新执行避障路径规划，若只存在单一障碍物，则新的初始最短路径与障碍物不存在干涉。
S107将起点、过渡点和除起点外的其他各节点依次连接后与目标点连接，若相邻节点连线与障碍物存在干涉，记录干涉点，干涉点之间沿障碍物边界连接，形成可选路径；
由于若障碍物中存在凸出部分，则相邻节点连线仍有可能与障碍物产生干涉，因此需要在干涉点之间沿障碍物边界连接，避开障碍物。
S108计算各可选路径的长度，将最短的可选路径输出为优选路径。
本方法通过建立环境模模型、形成初始最短路径、障碍物干涉判断、路径点插入、可行点记录、形成可选路径和输出优选路径，可对起点与目标点之间的障碍物进行避障路径规划，并通过插入多个路径点，判断路径点与目标点连线是否与当前避障对象发生干涉，记录可行点，输出距离尽可能短的优选路径，尤其适用于多障碍物环境下的复杂路径规划，输出的优选路径能够为用户节约耗费在路途上的时间，提高通行效率。
作为一种实施方式，生成优选路径后，还包括：
若优选路径中存在转弯角小于设定角度的折角，对所述折角以设定半径进行圆角过渡。
由于在实际行驶过程中，若折角角度过小，对于通行者来说难以直接以折角路径进行转弯，故对折角进行圆角过渡，使优选路径更符合实际需求。
作为一种实施方式，对折角以设定半径进行圆角过渡包括：
采用曲线插值方法对折角以设定半径进行圆角过渡。
作为一种实施方式，设定角度为70°，用户可以根据实际使用的交通工具手动调节设定角度这一参数。
作为一种实施方式，建立环境模型包括：
在笛卡尔坐标系下，定义起点坐标，根据与起点的相对位置建立目标点坐标和障碍物模型；
若障碍物为凸多边形，记录其各顶点坐标值；
若障碍物为圆形或圆弧，记录其圆心坐标和半径；
若障碍物为其他图形。可用外接多边形或外接圆或二者组合来表达该图形信息。
举例来说，起点坐标为(x1,y1)，目标点坐标为(x2,y2)n个障碍物集合表示为P＝{p1,p1,…pi,…,pn}。
作为一种实施方式，本方法还包括：
若可选路径上包括障碍物的顶点，将可选路径上相邻顶点间的路径记为途径段，将途径段的两端点记为途径顶点，将相邻途径顶点依次连接，形成若干段顶点路径；
若顶点路径与障碍物不存在干涉，则将顶点路径替换与其共享端点的途径段，输出修正路径；
比较各所述修正路径的距离，选定距离最短的修正路径，作为最优路径。
由于障碍物在相邻顶点间可能形成凹部，而此时沿障碍物边界移动并非最短路径，而是可以从顶点直接按直线移动到另一顶点，本方法通过判断顶点路径是否与障碍物干涉，对可选路径进行修正，提供更优化的路径。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本发明难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本发明难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本发明的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本发明。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。
本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、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)
1.一种局部动态寻优避障的路径规划方法，其特征在于，所述方法包括：
环境模型建立，环境模型中包括障碍物模型、起点坐标和目标坐标；
将起点作为节点，连接节点与目标点，形成初始最短路径；
障碍物干涉判断：若初始最短路径与障碍物存在干涉，计算初始最短路径中节点与较靠近节点的交点之间的距离，并根据所述距离大小进行排序存储；
路径点插入：选择距离最短的障碍物作为当前避障对象，根据障碍物形状特征，从顺时针、逆时针两个方向上分别沿其边界依次插入路径点，并分别在两个方向上记录沿其边界经过的第一个图形顶点，记为过渡点；
可行点记录：判断各路径点与目标点连线是否与该障碍物发生干涉，若发生干涉，则将该路径点记为可行点，否则停止插入路径点；
分别选择两个方向上最后的可行点作为新的节点，形成新的最短初始路径；
重新执行障碍物干涉判断、路径点插入和可行点记录，得到新的节点，直到新的初始最短路径与障碍物不存在干涉；
将起点、过渡点和除起点外的其他各节点依次连接后与目标点连接，若相邻节点连线与障碍物存在干涉，记录干涉点，干涉点之间沿障碍物边界连接，形成可选路径；
计算各可选路径的长度，将最短的可选路径输出为优选路径。
2.根据权利要求1所述的局部动态寻优避障的路径规划方法，其特征在于，生成优选路径后，还包括：
若优选路径中存在转弯角小于设定角度的折角，对所述折角以设定半径进行圆角过渡。
3.根据权利要求2所述的局部动态寻优避障的路径规划方法，其特征在于，
所述折角以设定半径进行圆角过渡包括：
采用曲线插值方法对折角以设定半径进行圆角过渡。
4.根据权利要求2所述的局部动态寻优避障的路径规划方法，其特征在于，所述设定角度为70°。
5.根据权利要求1所述的局部动态寻优避障的路径规划方法，其特征在于，所述环境模型建立包括：
在笛卡尔坐标系下，定义起点坐标，根据与起点的相对位置建立目标点坐标和障碍物模型；
若障碍物为凸多边形，记录其各顶点坐标值；
若障碍物为圆形或圆弧，记录其圆心坐标和半径；
若障碍物为其他图形，可用外接多边形或外接圆或二者组合来表达图形信息。
6.根据权利要求1所述的局部动态寻优避障的路径规划方法，其特征在于，还包括：
若可选路径上包括障碍物的顶点，将可选路径上相邻顶点间的路径记为途径段，将途径段的两端点记为途径顶点，将相邻途径顶点依次连接，形成若干段顶点路径；
若顶点路径与障碍物不存在干涉，则将顶点路径替换与其共享端点的途径段，输出修正路径；
比较各所述修正路径的距离，选定距离最短的修正路径，作为最优路径。
7.根据权利要求1所述的局部动态寻优避障的路径规划方法，其特征在于，环境模型建立后还包括，对环境模型进行预处理：
针对实际障碍物的形状进行凸化或包罗处理，以避免在产生凹型等无效区域，导致增加规划成本或目标不可达现象。
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