[发明专利]基于多分辨率拓扑地图的路径搜索方法及系统

说明书

本发明提供了一种基于多分辨率拓扑地图的路径搜索方法及系统，属于路径导航技术领域。构建分辨率为半个机身栅格的低分辨率二值化栅格地图；根据得到的二值化栅格地图，提取障碍物的外轮廓点，将轮廓点按顺时针连接构成多边形；判断多边形是否为凸多边形，如是，将多边形设置为有障碍物节点；否则，按照凹点位置将凹多边形进行切割，直到全部为凸多边形；按照凸多边形的分布，在整个离线地图的区域分割出无障碍物节点，形成拓扑地图；采用A*算法进行路径搜索，在有障碍物节点进行路径搜索时，按照有障碍物节点的信息构建栅格地图；在无障碍物节点进行路径搜索时，直接将拓扑地图的周围节点进行扩展；本发明极大的提高了路径搜索效率和精度。

技术领域

本发明涉及路径导航技术领域，特别涉及一种基于多分辨率拓扑地图的路径搜索方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

未来实现机器人的自主工作，机器人导航是个不可或缺的部分，通常移动机器人的导航问题可以分为三个部分：（1）机器人理解周围环境；（2）机器人实时定位；（3）机器人运动规划。现阶段的机器人运动规划大部分使用的地图是栅格地图和拓扑地图。

发明人发现，栅格地图中分辨率越高对实际环境的描述就越详细，精度就会越高，但是搜索路径时将花费更多的时间，若分辨率越低，虽然能提高路径搜索能力，但是会造成障碍物描述不完整导致路径搜索失败；拓扑地图是以图模型来表示环境，节点表示为特定的地点或者地标，节点之间若有边界相邻则以边直接进行连接，在拓扑地图进行路径搜索能提升计算效率，但是拓扑地图对于某个特定区域的描述是不够详细的。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种基于多分辨率拓扑地图的路径搜索方法及系统，克服了在工厂等大环境下、高分辨率栅格地图中进行启发式全局路径搜索容易出现的A*导航时间占时较长的问题，极大的提高了路径搜索效率和精度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种基于多分辨率拓扑地图的路径搜索方法。

一种基于多分辨率拓扑地图的路径搜索方法，包括以下过程：

根据离线地图构建分辨率为机器人内切半径的二值化栅格地图；

根据得到的二值化栅格地图，提取障碍物的外轮廓点，将轮廓点按顺时针连接构成多边形；

判断多边形是否为凸多边形，如是，将多边形设置为有障碍物节点；否则，按照凹点位置将凹多边形进行切割，直到全部为凸多边形；

按照凸多边形的分布，在整个离线地图的区域分割出无障碍物节点，形成拓扑地图；

采用A*算法进行路径搜索，在有障碍物节点进行路径搜索时，按照有障碍物节点的信息构建高分辨率栅格地图；在无障碍物节点进行路径搜索时，直接将拓扑地图的周围节点进行扩展。

作为本发明第一方面可选的一种实现方式，将多边形的所有边向量按顺序依次两两叉积后，再将各个叉积相乘，最终结果小于零时为凹边形。

作为本发明第一方面可选的一种实现方式，按照凹点位置将凹多边形进行切割，包括：

约定组成凹多边形的点按照顺时针排列，如果两条相邻边向量的叉积大于0，则判断这两条边的连接点为凹点，将这两条边定义为异号边，将任意一条异号边延长至与凹多边形的另一条边相交为止；依次对所有凹点执行上述操作，直至凹多边形全部被分割为凸多边形。

作为本发明第一方面可选的一种实现方式，按照凸多边形的分布，采用celldecomposition算法在整个离线地图的区域分割出无障碍物节点。

作为本发明第一方面可选的一种实现方式，在有障碍物节点进行路径搜索时，按照有障碍物节点的信息构建栅格地图，包括：