[发明专利]一种地面无人平台局部路径规划方法

说明书

本发明提供了一种地面无人平台局部路径规划方法，包括：确定全局路径上距地面无人平台当前位置的最近点的索引值；判断地面无人平台与全局路径上最近点间的距离是否大于设定阈值；计算全局路径上与所述索引值对应的路径长度和全局路径长度，并判断二者的差值是否小于设定阈值；确定全局路径距当前环境地图的末端索引位置；根据末端索引位置生成备选路径；计算备选路径的成本和备选路径的最大曲率；根据备选路径成本、最大曲率和与全局路径的偏置距离因素，计算备选路径的评价值；从备选路径中选择当前最优路径。本发明提供的技术方案不仅满足实时规划要求，还适用于不同尺寸和转向特性的地面无人平台，而且通过优选准则确保了所选路径的合理性。

技术领域

本发明涉及地面无人平台控制领域，具体涉及一种地面无人平台局部路径规划方法。

背景技术

对于地面无人平台而言，路径规划是基于一定的优化准则，在有障碍的环境中生成从指定起始位置到达目标位置无碰撞运动轨迹的过程。根据规划范围不同，路径规划分为全局路径规划和局部路径规划。其中，全局路径规划是主要基于先验信息(例如地图)，为自主机动平台找到到达目标位置最佳路径的过程，而局部路径规划则根据基于平台即刻所采集的环境感知传感器数据建立的地图，规划当前的可执行路径。

目前常用的局部路径规划方法有最短路径法、向量场直方图(VFH)法、曲率速度法(CVM)、基于回旋曲线的方法等。其中，Dijkstra和A*算法是典型的最短路径方法，这类方法将地图转化成图进行搜索，获得最短路径，但获得的路径没有考虑平台的运动约束，其可执行性无法保证，且计算时间相对较长，只适用于低速平台。向量场直方图法以直线为基本路径模型，根据各个方向上存在障碍的概率确定航向，这种方法不适用于阿克曼转向平台，且规划距离短，容易陷入局部极小。卡耐基梅隆大学提出的曲率速度法将障碍地图转化为3D(旋转速度、平移速度和到障碍的曲线距离)配置空间，并利用曲率将旋转速度和平移速度关联起来，按照一定的目标函数获得具有适当大小曲率的轨迹，这种基于曲率的方法只适合于低速导航。美国标准技术研究院(NIST)提出的基于回旋的方法预先离线计算针对特定无人平台的回旋曲线，并保存在查询表中；在规划时，要检查每条路径段上是否有障碍，然后利用A*算法在无障碍路径段集合中搜索出最佳的回旋曲线段组合，构成当前的局部路径。这种方法计算代价高，且针对不同的平台必须预先离线生成回旋曲线段。

因此，为克服上述缺陷，本发明提出了一种地面无人平台局部路径规划方法。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供了一种地面无人平台局部路径规划方法，其特征在于，所述方法包括：

(1)确定全局路径上距地面无人平台当前位置的最近点的索引值；

(2)判断所述地面无人平台与全局路径上最近点间的距离是否大于设定阈值；

(3)计算全局路径上与所述索引值对应的路径长度和全局路径长度，并判断二者的差值是否小于设定阈值；

(4)确定全局路径距当前环境地图的末端索引位置；

(5)根据末端索引位置生成备选路径；

(6)计算所述备选路径的成本和备选路径的最大曲率；

(7)根据备选路径成本、最大曲率和与全局路径的偏置距离因素，计算备选路径的评价值；

(8)从备选路径中选择当前最优路径。

优选的，所述步骤(1)的索引值用段号和下式所示的段因数j表示；

所述段号等于节点数；

所述段因数j按下式计算：

式中，n：所在路径段起点到某一位置间的距离；m：所述某一位置所在路径段长度。