[发明专利]基于栅格化三维空间路径规划的路径搜索域构建方法

说明书

基于栅格化三维空间路径规划的路径搜索域构建方法，包括以下步骤：离散化三维空间，进行栅格排序和空间定位；根据三维空间障碍物的分布情况，设障碍栅格活性值为Inf，自由栅格活性值为0，形成栅格地图信息矩阵field；初始化栅格联通信息矩阵N；拓展面联通邻接域，第一次更新栅格联通信息矩阵N；拓展棱联通邻接域，第二次更新栅格联通信息矩阵N；拓展点联通邻接域，第三次更新栅格联通信息矩阵N；根据栅格联通信息矩阵N，形成空间联通邻接搜索域集合D。本发明以一个栅格为中心，按照空间的连接关系向外围拓展搜索域，可以实现实质意义的空间搜索，扩大搜索视野，减小路径规划计算的压力，利于后续的路径优化。

技术领域

本发明涉及路径规划技术领域，具体涉及一种基于栅格化三维空间路径规划的路径搜索域构建方法。

背景技术

机器人路径规划领域在路径探索时，需要正确的路径搜索域以供路径构造，大多数研究是以栅格法进行环境建模。正确的路径搜索域可以保证规划路径的安全性。目前已有的保障路径安全的方法有障碍物膨胀法，安全评估系数法。路径探索的方式有降维处理，维度转化等。

搜索域构建在路径规划问题解决中的重要性，如文献[1]:Zhang H Y,Lin W M,Chen A X.Path Planning for the Mobile Robot:A Review[J].Symmetry,2018,10(10).路径规划问题的解决流程，环境建模，构建搜素域，路径构造，路径优化，算法求解。栅格法环境建模，如文献[2]:KennyDaniel；AlexNash；SvenKoenig；ArielFelner.Theta*:Any-Angle Path Planning on Grids[J].Computer Science.2014.

维度转化，如文献[3]：Chagas,Caroline1；Zacarias,Eliakim2；de Lima Silva,LuísAlvaro3；Pignaton de Freitas,Edison1.Hierarchical and smoothed topographicpath planning for large-scale virtual simulation environments.[J].ExpertSystems with Applications.2022.

障碍物膨胀法，如文献[4]:张天瑞,吴宝库,周福强.面向机器人全局路径规划的改进蚁群算法研究[J].计算机工程与应用,2022,58(1):10.

降维处理，如文献[5]：韩忠华,冯兴浩,吕哲,等.一种改进的无人机路径规划环境建模方法[J].信息与控制,2018,47(3):8.

目前，就路径规划研究问题更多是二维规模，针对三维问题的研究方法基本是从二维情况迁移升华所得。并没有完全利用到三维空间宽泛的视野。且仅靠栅格活性来筛选搜索域，会出现“穿越障碍物”，“碰触障碍物”的错误路径情况，如图1和图2所示的情况。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于栅格化三维空间路径规划搜索的空间安全联通邻接搜索域构建方法，该方法以一个自由栅格体为中心，通过三种邻接拓展规则向外围拓展正确联通的自由栅格体构建为搜索域。三种邻接拓展规则：面邻接拓展规则、棱邻接拓展规则和点邻接拓展规则；每种邻接拓展规则包含两个判断准则；邻接位置判断准则和邻接联通关系判断准则。正确的栅格联通关系下，路径结果不会出现上述碰触障碍物的问题，可达到空间安全避障的目的。

本发明采取的技术方案为：

基于栅格化三维空间路径规划的路径搜索域构建方法，包括以下步骤：

步骤一：离散化三维空间，进行栅格排序和空间定位；

步骤二：根据三维空间障碍物的分布情况，设障碍栅格活性值为Inf，自由栅格活性值为0，形成栅格地图信息矩阵field；