[发明专利]一种智能轮椅的路径规划避障方法

权利要求书

1.一种智能轮椅路径规划避障方法，其特征在于，按以下步骤进行：

(1)将智能轮椅雷达扫描后的信号存储为0，1矩阵栅格图，其中，0表示可以通过，1代表障碍物，以此来构建1200*1200的室内空间导航图，并对其中的障碍物1按照相邻8个方向都进行膨胀处理，通过调节膨胀参数K，对障碍物进行放大，规避智能轮椅工作时距离障碍物太近带来的碰撞风险；

(2)在膨胀完后得到的1200*1200室内空间导航图上，按照5*5的大小对膨胀后的导航栅格图进行压缩；即：从左上角开始以5*5划分1200*1200的栅格，5*5的栅格只要其中有1就视为障碍，在压缩后栅格上标记为1，如全部为0，视为此栅格无障碍，标记为0，为避免障碍物的干扰，将栅格边界标记为1；即最终得到240*240的含边界墙的栅格图，每个栅格代表1个节点；

(3)在240*240的含边界墙的栅格图上，设置智能轮椅的起点和目标终点，智能轮椅将利用A^*算法规划从起点开始躲避障碍物的最短有效路径，通过A^*算法规划出一条全局最优路线，并靠实际中不在几何正中心的转动轴变化带动，来使智能轮椅能够避开障碍物并到达终点；其中：

所述A^*算法作为路径查找和图形遍历算法，A^*算法通过以下列函数计算每个节点的优先级：

f(n)＝g(n)+h(n)

式中：f(n)表示节点n的综合优先级；g(n)表示节点n距离起点的代价；h(n)是节点n距离终点的预计代价，即A^*算法的启发函数；

在运算过程中，每次从优先队列中选取f(n)值最小的节点作为下一个待遍历的节点；由于栅格图中允许智能轮椅可以朝八个方向移动，因此启发函数使用对角距离；

用A^*算法进行全局路径规划的过程，运用解析几何关系计算转轴中心每次旋转的方向角度，得到当前几何位置的坐标；

所述每次旋转的方向角度计算方式如下：

1)设初始点x0,y0；转动轴到几何中心的距离为L；单位方向向量(m0，n0)，初始单位方向向量角度为Θ0；

2)计算初始轴心(r0，w0)：其中，r0＝x0-L*m0，w0＝y0-L*n0；

计算第i点方向向量：(mi，ni)＝(xi-r(i-1),(yi-w(i-1))/sqrt((xi-r(i-1))^2+(yi-w(i-1))^2))；

3)计算第i点轴心(ri，wi)：其中，ri＝xi-L*mi，wi＝yi-L*ni；

4)计算第i-1点的旋转角Θ(i-1)：

Θ(i-1)＝arcos((ri*r(i-1)+wi*w(i-1))/(sqrt(ri^2+wi^2)*sqrt(r(i-1)^2+w(i-1)^2)))

若Θi-Θ(i-1)＞0，输出为“+”，表示智能轮椅按照逆时针方向运动，否则为“-”，表示智能轮椅按照顺时针方向运动。