本申請提供了一種基于改進RRT*算法的機器人路徑規劃方法及系統，涉及路徑尋優領域，方法包括：初始化二維移動機器人的自由空間、起點以及目標點；通過目標約束采樣、目標偏置擴展和路徑平滑處理，改進RRT*算法；通過改進后的RRT*算法，對二維機器人進行路徑規劃，得到最優路徑并進行可視化顯示。本申請技術方案的提高了節點利用率、降低了迭代次數和運行時間，提高了規劃效率，最終得到的路徑更短更平滑，效果更好。
【技術實現步驟摘要】
本申請涉及路徑尋優領域，尤其涉及一種機器人路徑規劃方法及系統。
技術介紹
1、rrt和prm是基于采樣的路徑規劃算法，由于它們不需要對障礙物環境進行精確建模，且具有概率完備性，因此被廣泛應用于機器人路徑規劃中。其中，漸進最優快速擴展隨機樹算法(rrt*)是一種在rrt算法上改進的最優路徑規劃算法，同時具備概率完備性和漸進最優性，因此常用于最優路徑規劃問題中。
2、盡管rrt*算法具有概率完備性和漸進最優性，但是該算法在一些特殊環境中，仍然存在以下幾點缺陷：
3、1)采樣點目標導向性差。由于rrt*采用均勻采樣的方式，使得采樣點均勻分布在整個自由空間中，這會導致大量偏離目標的無效采樣；
4、2)新節點擴展盲目。rrt*算法新節點的擴展方向完全由采樣點決定，如果采樣點過分偏離目標點，那么擴展出的新節點也因此偏離路徑優化區域，導致機器人要花費大量時間去擴展搜索；
5、3)缺少有效的路徑后處理，路徑不可行。基本rrt*算法規劃所得的原始路徑存在折角大曲率現象，導致路徑不夠光滑，不符合機器人運動平穩性要求。。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于：為了解決現有基于rrt*算法的生成路徑規劃方法中存在采樣點目標導向性差、新節點擴展盲目以及缺少有效的路徑后處理的問題，提供一種機器人路徑規劃方法及系統。
2、本申請的上述目的是通過以下技術方案得以實現的：
3、s1：初始化二維移動機器人的自由空間、起點以及目標點；
>4、s2：通過目標約束采樣、目標偏置擴展和路徑平滑處理，改進rrt*算法；5、s3：通過改進后的rrt*算法，對二維機器人進行路徑規劃，得到最優路徑并進行可視化顯示。
6、可選的，步驟s2包括：
7、通過目標約束采樣改進rrt*算法的具體步驟包括：
8、通過目標偏置策略進行采樣，得到采樣點，如下：
9、設置一個目標偏置概率，按照均勻概率產生一個概率值；
10、目標偏置采樣公式為：
11、
12、其中，表示隨機采樣函數，表示目標點，表示采樣點，表示在自由空間中產生一個采樣點；
13、若概率值小于目標偏置概率，則將目標點作為采樣點；
14、若概率值大于或等于目標偏置概率，則在自由空間中產生一個采樣點；
15、對在自由空間中產生的采樣點進行位置約束，具體為：
16、將起點設置為第一個采樣點；
17、設置判斷條件：若采樣點的位置在x方向或y方向距離目標點的距離，小于前一個采樣點在x方向或y方向距離目標點的距離，則判斷條件成立；
18、若在自由空間中產生的采樣點的判斷條件成立，則認為采樣成功，若在自由空間中產生的采樣點的判斷條件不成立，則繼續通過目標偏置策略進行循環采樣，直到滿足判斷條件為止。
19、可選的，步驟s2還包括：
20、通過目標偏置擴展改進rrt*算法的具體包括：
21、新節點偏向目標的生成公式，如下：
22、
23、其中，為距離采樣點最近的鄰近節點，為擴展步長，為目標點的方向權重；為目標點方向單位矢量，為采樣點方向單位矢量，表達式分別為：
24、，。
25、可選的，步驟s2還包括：
26、采用3次b樣條曲線來對rrt*算法的生成路徑進行路徑平滑處理的具體包括：
27、設有個控制頂點，，3次b樣條曲線表示為：
28、
29、式中，為3次規范b樣條基函數，其最高次數為3；為樣條函數的節點矢量。
30、可選的，步驟s2還包括：b樣條基函數由cox-deboor遞推公式得到。
31、一種機器人路徑規劃系統，所述系統包括：數據獲取模塊、數據處理模塊、以及顯示模塊；
32、數據獲取模塊用于獲取二維移動機器人的自由空間、起點以及目標點；
33、數據處理模塊用于初始化二維移動機器人的自由空間、起點以及目標點；
34、數據處理模塊還用于通過目標約束采樣、目標偏置擴展和路徑平滑處理，改進rrt*算法；
35、數據處理模塊還用于通過改進后的rrt*算法，對二維機器人進行路徑規劃，得到最優路徑；
36、顯示模塊用于將最優路徑進行可視化顯示。
37、一種電子設備，包括處理器、存儲器、用戶接口及網絡接口，所述存儲器用于存儲指令，所述用戶接口和網絡接口用于給其他設備通信，所述處理器用于執行所述存儲器中存儲的指令，以使所述電子設備執行一種機器人路徑規劃方法。
38、一種計算機可讀存儲介質，所述計算機可讀存儲介質存儲有指令，當所述指令被執行時，執行一種機器人路徑規劃方法。
39、本申請提供的技術方案帶來的有益效果是：
40、本申請的技術方案從采樣方式、新節點擴展和路徑后處理三個方面進行改進，解決了現有的rrt*算法采樣點目標導向性差、新節點擴展盲目、以及原始路徑存在折角大曲率現象不符合機器人運動平穩性要求的問題。
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【技術保護點】
1.一種機器人路徑規劃方法，其特征在于，方法包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的一種機器人路徑規劃方法，其特征在于，步驟S2包括：
3.如權利要求2所述的一種機器人路徑規劃方法，其特征在于，步驟S2還包括：
4.如權利要求1所述的一種機器人路徑規劃方法，其特征在于，步驟S2還包括：
5.如權利要求4所述的一種機器人路徑規劃方法，其特征在于，步驟S2還包括：B樣條基函數由Cox-deBoor遞推公式得到。
6.一種機器人路徑規劃系統，用于實現如權利要求1-5任意一項所述的一種機器人路徑規劃方法，其特征在于，所述系統包括：數據獲取模塊、數據處理模塊、以及顯示模塊；
7.一種電子設備，其特征在于，包括處理器(501)、存儲器(505)、用戶接口(503)及網絡接口(504)，所述存儲器(505)用于存儲指令，所述用戶接口(503)和網絡接口(504)用于給其它設備通信，所述處理器(501)用于執行所述存儲器(505)中存儲的指令，以使所述電子設備執行如權利要求1-5任意一項所述的方法。
8.一種計算機可讀存儲介質，其特征在于，所述計算機可讀存儲介質存儲有指令，當所述指令被計算機執行時，執行如權利要求1-5任意一項所述的方法。
...
【技術特征摘要】
1.一種機器人路徑規劃方法，其特征在于，方法包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的一種機器人路徑規劃方法，其特征在于，步驟s2包括：
3.如權利要求2所述的一種機器人路徑規劃方法，其特征在于，步驟s2還包括：
4.如權利要求1所述的一種機器人路徑規劃方法，其特征在于，步驟s2還包括：
5.如權利要求4所述的一種機器人路徑規劃方法，其特征在于，步驟s2還包括：b樣條基函數由cox-deboor遞推公式得到。
6.一種機器人路徑規劃系統，用于實現如權利要求1-5任意一項所述的一種機器人路徑規劃方法，...
【專利技術屬性】
技術研發人員：汪義軒，瓦力斯江·米吉提，張偉民，徐森生，
申請(專利權)人：中國地質大學武漢，
類型：發明
國別省市：
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