[发明专利]一种智能轮椅的路径规划避障方法

说明书

本发明公开了一种智能轮椅路径规划避障方法，包括：将智能轮椅雷达扫描后的信号存储为0，1矩阵栅格图，构建室内空间导航图，并对其中的障碍物按照相邻8个方向都进行膨胀处理，在膨胀后得到的室内空间导航图上，对膨胀后的导航栅格图进行压缩；得到含边界墙的栅格图；在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智能轮椅避开障碍物并到达终点。该方法结合路径规划A^*算法与智能轮椅的转动轴与几何中心的解析几何关系，提高了智能轮椅路径规划避障的精确度与准确性。

技术领域

本发明属于规划技术领域，涉及轮椅的路径智能规划，特别涉及一种智能轮椅的路径规划避障方法。

背景技术

近年来，随着社会经济的发展，人们的生活质量和服务要求在不断提高，然而人口老龄化进程的加快以及各种疾病(下肢瘫痪)、交通事故等原因造了下肢活动不便的人口数量增加。因此，对于这些人，想要在室内自由行走、活动，性能优越的辅助行走工具就变得越来越重要。而针对下肢行动障碍、上肢运动不灵活的老年人或残障人士，智能轮椅就是助残/助老服务所研究的一款重要产品。但传统智能轮椅的控制主要通过操作按钮进行前进、倒退转向、停止等进行，当行动不便用户或用户没有及时发现障碍物时，很容易导致轮椅直接碰撞障碍引起轮椅破环或者出现事故。故想要在室内自由行走、活动，就需要智能轮椅自带智能路径规划避障导航系统。要实现智能路径规划避障导航，精确的路径规划避障技术起决定性的作用。路径规划是智能轮椅研究的关键所在，目前，传统的很多智能轮椅都有自己的路径规划方法。而智能轮椅路径规划避障算法都是假设轮椅的移动是以其几何中心来进行运动规划，这在智能轮椅运动过程中，忽略了智能轮椅转动轴不在几何正中心的这一事实，且需要实时使轮椅偏向中心位置，这对定位要求极高，同时会不可避免的带来实际线路偏差，其次，以轮椅几何中心规划路径会造成轮椅转向偏转角误差过大或过小的偏差。

发明内容

为了解决智能轮椅在实际运动过程中转动轴不在其几何正中心的技术问题，本发明的目的在于，提供一种智能轮椅的路径规划避障方法，该方法结合路径规划A^*算法以及实际运动时其转动轴实际位置与智能轮椅的几何中心的解析几何关系，提高了智能轮椅路径规划避障的精确度与准确性。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

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)