本發(fā)明涉及場景可互動(dòng)的無人車路徑規(guī)劃方法，屬于無人機(jī)器人路徑規(guī)劃領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、路徑規(guī)劃問題是機(jī)器人領(lǐng)域乃至自動(dòng)化領(lǐng)域的關(guān)鍵問題。路徑規(guī)劃問題的定義非常簡單：“在特定環(huán)境中找到初始(起點(diǎn))和最終配置(目標(biāo))之間的無碰撞運(yùn)動(dòng)”。最簡單的情況是在一個(gè)靜態(tài)和已知的環(huán)境中規(guī)劃路徑；然而，更一般地說，路徑規(guī)劃問題可以制定為任何機(jī)器人系統(tǒng)受運(yùn)動(dòng)學(xué)約束，在動(dòng)態(tài)和未知的環(huán)境。它在現(xiàn)實(shí)生活中有著廣泛的應(yīng)用，包括無人駕駛、物流配送、機(jī)器人導(dǎo)航等領(lǐng)域。隨著人工智能和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，路徑規(guī)劃技術(shù)也在不斷地得到改進(jìn)和應(yīng)用。

2、路徑規(guī)劃算法根據(jù)生成幾何路徑的方法可分為：路線圖技術(shù)(roadmaptechniques)、區(qū)域分割(cell?decompositionalgorithms)、人工勢場(artificialpotential?methods)。

3、路線圖技術(shù)，基于將n維配置空間簡化為一組要搜索的一維路徑，可能是在圖上搜索。這種方法將自由空間連通性映射到離散配置空間或其閉包中的一維曲線系統(tǒng)(路線圖)。由此得到的路線圖r包含了一組路徑，因此路徑規(guī)劃就是將初始配置和最終配置與r連接起來，從而找到兩個(gè)配置之間的可行路徑。將圖與路線圖聯(lián)系起來并定義一些最優(yōu)性指數(shù)(例如歐幾里得長度)是非常自然的:然后可以搜索圖以獲得路徑規(guī)劃問題的最優(yōu)解(在大多數(shù)情況下，這是由最短路徑表示的)。根據(jù)不同的路線圖構(gòu)建方式可分為：可見性圖、維諾圖、概率路線圖等。根據(jù)不同搜索圖方法衍生出諸多路線圖路徑規(guī)劃方法：rrt、rrt*、informed?rrt*等。

4、區(qū)域分割方法，機(jī)器人的自由空間被細(xì)分為幾個(gè)區(qū)域，稱為單元，這樣就可以直接生成位于同一單元中的任意兩個(gè)構(gòu)型之間的路徑。然后很自然地定義一個(gè)所謂的連接圖，它表示單元之間的鄰接關(guān)系。即圖的節(jié)點(diǎn)表示從自由空間中提取的單元，當(dāng)且僅當(dāng)對應(yīng)的單元相鄰時(shí)，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間存在一個(gè)邊。路徑規(guī)劃問題再次轉(zhuǎn)化為圖搜索問題，因此可以使用圖搜索技術(shù)來解決。根據(jù)不同的單元分解方法可分為：柵格地圖、八叉樹地圖等；根據(jù)不同的圖搜索算法衍生出諸多單元分解路徑規(guī)劃方法：bfs、dfs、dijkstra's、a*等。

5、人工勢場方法是解決路徑規(guī)劃問題的另一種方法。其基本思想是將位形空間中的機(jī)器人視為一個(gè)運(yùn)動(dòng)點(diǎn)，受到目標(biāo)位形與c空間中的障礙物產(chǎn)生的勢場的影響，即目標(biāo)位形產(chǎn)生吸引勢，障礙物產(chǎn)生排斥勢。這兩種作用的總和就是總勢，可以看作是施加的一種人為力，代表了自由路徑中最有希望的運(yùn)動(dòng)方向。

6、目前主流的路徑規(guī)劃算法主要考慮靜態(tài)場景中的規(guī)劃問題，對于存在動(dòng)態(tài)元素的場景中的應(yīng)用需要對上述路徑規(guī)劃進(jìn)行額外的補(bǔ)充，如添加局部規(guī)劃環(huán)節(jié)、dynamica(d)、d*lite等。然而，當(dāng)前動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法中考慮的動(dòng)態(tài)因素多為非合作目標(biāo)(主動(dòng)移動(dòng))，而未考慮無人機(jī)器人運(yùn)動(dòng)后導(dǎo)致場景變化(被動(dòng)移動(dòng))的情況。

7、倉儲(chǔ)機(jī)器人貨倉整理場景是典型的被動(dòng)動(dòng)態(tài)場景，即只有機(jī)器人轉(zhuǎn)運(yùn)貨箱時(shí)才會(huì)導(dǎo)致場景改變。在這種場景下如果使用上述規(guī)劃方法，將會(huì)出現(xiàn)違反動(dòng)力學(xué)、機(jī)器人膨脹半徑變化、無解等異常情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有方法采用現(xiàn)有靜態(tài)/動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃算法在可互動(dòng)場景下難以保證路徑可行性的問題，而提出一種場景可互動(dòng)的無人車路徑規(guī)劃方法。

2、一種場景可互動(dòng)的無人車路徑規(guī)劃方法具體過程為：

3、步驟一：構(gòu)建柵格地圖；

4、步驟二：基于柵格地圖進(jìn)行場景可交互的無人車路徑規(guī)劃；

5、步驟三：無人車執(zhí)行步驟二的場景可交互的無人車路徑規(guī)劃。

6、本發(fā)明的有益效果為：

7、本發(fā)明提出了一種場景可交互的無人車路徑規(guī)劃算法，從原理層面解決無人機(jī)器人主動(dòng)改變場景的路徑規(guī)劃問題。

8、本發(fā)明針對無人機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中搬運(yùn)物體的問題，提出了一種多層次圖搜索的路徑規(guī)劃方法。

9、本發(fā)明考慮場景可交互的無人車路徑規(guī)劃算法，能從原理層面解決無人機(jī)器人主動(dòng)改變場景的路徑規(guī)劃問題。

10、本發(fā)明路徑規(guī)劃方法在解決無人車搬運(yùn)單個(gè)物體時(shí)具有最優(yōu)性和完備性，并能給出搬運(yùn)多個(gè)物體時(shí)的可行解。

技術(shù)特征：

1.一種場景可互動(dòng)的無人車路徑規(guī)劃方法，其特征在于：所述方法具體過程為：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種場景可互動(dòng)的無人車路徑規(guī)劃方法，其特征在于：所述步驟一中構(gòu)建柵格地圖；具體過程為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種場景可互動(dòng)的無人車路徑規(guī)劃方法，其特征在于：所述步驟一三中根據(jù)給定的柵格尺寸和最小外接矩形的長與寬，獲得柵格地圖的尺寸；表達(dá)式為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種場景可互動(dòng)的無人車路徑規(guī)劃方法，其特征在于：所述步驟一五中根據(jù)場景內(nèi)其他元素的位置與幾何形狀，更新柵格的狀態(tài)，完成柵格地圖的構(gòu)建；具體過程為：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種場景可互動(dòng)的無人車路徑規(guī)劃方法，其特征在于：所述步驟二中基于柵格地圖進(jìn)行場景可交互的無人車路徑規(guī)劃；具體過程為：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種場景可互動(dòng)的無人車路徑規(guī)劃方法，其特征在于：所述步驟二三中擴(kuò)展當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的相鄰節(jié)點(diǎn)的演變狀態(tài)，將當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的相鄰節(jié)點(diǎn)加入鄰居節(jié)點(diǎn)列表；具體過程為：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種場景可互動(dòng)的無人車路徑規(guī)劃方法，其特征在于：所述鄰居節(jié)點(diǎn)列表中無人車執(zhí)行操作時(shí)移動(dòng)的路徑path與代價(jià)cost通過對無人車轉(zhuǎn)運(yùn)單個(gè)可互動(dòng)元素的路徑規(guī)劃獲??；具體過程為：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種場景可互動(dòng)的無人車路徑規(guī)劃方法，其特征在于：所述三中擴(kuò)展當(dāng)前節(jié)點(diǎn)相鄰的聯(lián)合狀態(tài)，加入鄰居節(jié)點(diǎn)列表；具體過程為：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種場景可互動(dòng)的無人車路徑規(guī)劃方法，其特征在于：所述三中鄰居節(jié)點(diǎn)列表中無人車執(zhí)行操作時(shí)移動(dòng)的路徑path與代價(jià)cost獲取過程為：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種場景可互動(dòng)的無人車路徑規(guī)劃方法，其特征在于：所述代價(jià)cost為無窮時(shí)，鄰居節(jié)點(diǎn)不能擴(kuò)展；

技術(shù)總結(jié)
一種場景可互動(dòng)的無人車路徑規(guī)劃方法，本發(fā)明涉及場景可互動(dòng)的無人車路徑規(guī)劃方法，屬于無人機(jī)器人路徑規(guī)劃領(lǐng)域。本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有方法采用現(xiàn)有靜態(tài)/動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃算法在可互動(dòng)場景下難以保證路徑可行性的問題，而提出一種場景可互動(dòng)的無人車路徑規(guī)劃方法。一種場景可互動(dòng)的無人車路徑規(guī)劃方法具體過程為：步驟一：構(gòu)建柵格地圖；步驟二：基于柵格地圖進(jìn)行場景可交互的無人車路徑規(guī)劃；步驟三：無人車執(zhí)行步驟二的場景可交互的無人車路徑規(guī)劃。

技術(shù)研發(fā)人員：胡家寧,姚蔚然,吳立剛,孫光輝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/14