[发明专利]一种基于定位能力估计的移动机器人路径规划方法

说明书

本发明涉及一种基于定位能力估计的移动机器人路径规划方法，不仅考虑了导航到目标点的路径远近、环境中的动态障碍物等对路径规划带来的影响，通过在全局地图代价函数中融合定位能力，还考虑了不同环境特征和地图噪声对机器人定位带来的影响。通过本发明得到的路径，可以确保移动机器人在定位能力相对较强的区域中进行导航。相比传统路径规划算法，不仅可以指导机器人绕开动态障碍物、或者通知机器人无法通行需停车等待，还增强了移动机器人导航过程中的定位精度和鲁邦性，从而提高了移动性能。最后，结合机器人实际导航需求对算法进行了优化，确保针对大范围环境进行路径规划时，算法亦可满足实时性要求。

技术领域

本发明涉及一种基于定位能力估计的移动机器人路径规划方法，在考虑不同导航区域移动机器人定位能力的基础上，研究如何改进路径规划算法，属于移动机器人导航规划技术领域。

背景技术

未来移动机器人将工作在日益复杂的动态、非结构自然环境中，若移动机器人定位精度下降，甚至丢失，则其将无法继续有效执行自主导航任务。在传统路径规划中，仅仅考虑无碰的最短路径已经是不充分的了。因为假如只是追求最短路径，而不顾及复杂环境的影响，那么则会给导航带来更多风险，比如无法绕开可定位性较差的区域，机器人位置丢失，从而导致任务失败等。为此，本发明提出了一种对移动机器人定位能力进行分析、并利用分析结果对路径规划进行优化的算法。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于定位能力估计的移动机器人路径规划方法，解决了如何将地图特征或建图噪声对机器人定位造成的影响，即定位能力，进行有效评估的问题，同时还能给出解析解，并将分析结果引入到路径规划算法中。

本发明的技术解决方案是：

首先，利用Fisher’s信息矩阵和CRB定理对已知环境给定位带来的影响进行评估，将影响进行数值化表示，并通过规范化处理后，定义为定位能力。其次，将机器人定位能力、欧拉距离、障碍物边界以及传感器信息带来的影响，共同引入到梯度法代价分配体系中，进而根据新的代价函数给出路径规划算法。最后，结合机器人实际导航需求对算法进行了优化，确保针对大范围环境进行路径规划时，算法亦可满足实时性要求。

具体的，本发明提出的一种基于定位能力估计的移动机器人路径规划方法，步骤如下：

(1)对移动机器人定位能力进行评估计算；

(2)构造路径规划代价函数；

(3)通过基于定位能力估计的路径规划方法进行移动机器人的路径规划；

(4)对所述路径规划方法的实时性进行优化。

进一步的，移动机器人使用里程计和激光测距仪作为传感器，使用的地图是概率栅格地图。

进一步的，所述步骤(1)对移动机器人定位能力进行评估计算，具体为：

(1.1)利用Fisher’s信息矩阵和CRB定理对已知环境给移动机器人进行定位能力估计；进而基于概率栅格地图的特性，对上述影响进行离散化，得到定位能力矩阵；

(1.2)使用定位能力矩阵的行列式来反映机器人在位姿下的数值化定位能力。

进一步的，所述定位能力估计，其定义为：

利用Fisher’s信息矩阵和CRB定理对已知环境给定位带来的影响进行评估，将影响进行数值化表示，并通过规范化处理后，定义为定位能力；定位能力反映了环境特征和地图噪声对机器人定位精度和鲁棒性造成的影响。

进一步的，定位能力矩阵具体为：