【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于移動機器人運動規劃算法，具體涉及一種基于a-star算法和三次b樣條曲線融合的平滑路徑改進方法。
技術介紹
1、隨著人工智能技術和傳感器技術的進步，未來移動機器人的自主導航能力將不斷提高。當今移動機器人已經廣泛應用于在物流倉儲、大型商場、工業零件搬運等領域。移動機器人通過感知周圍環境、理解地圖信息并做出決策，從而實現自主導航。路徑規劃技術是導航技術的基礎，使移動機器人能夠在起點和目標點之間找到一條最優路徑，并且在整個移動過程中避免與任何障礙物發生碰撞。
2、路徑規劃算法包括dijkstra算法、a-star算法、rrt算法、蟻群算法等。在上述算法中，a-star算法的優點有：原理簡單復雜度低、容易實現、計算量小、速度快等優點。但是a-star算法也存在以下問題：a-star算法路徑會出現冗余路徑節點，路徑不平滑的問題。移動機器人每經過一次轉折節點，將會導致移動機器人的輪胎磨損和電機損耗。
3、針對a-star算法的不足，本實施例通過采用剔除冗余路徑節點法減少路徑節點，并且結合三次b樣條曲線對路徑進行平滑處理，以使移動機器人能夠更順暢地沿著路徑移動。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于一種基于a-star算法和三次b樣條曲線融合的平滑路徑改進方法，通過采用剔除冗余路徑節點法減少路徑節點，并且結合三次b樣條曲線對路徑進行平滑處理，以使移動機器人能夠更順暢地沿著路徑移動，解決了a-star算法路徑轉折節點多和路徑不平滑的問題，同時完成了移動機器人
2、為實現上述技術目的，達到上述技術效果，本專利技術是通過以下技術方案實現：
3、本專利技術提供一種基于a-star算法和三次b樣條曲線融合的平滑路徑改進方法，包括以下步驟：
4、s1、確定起點、目標點和障礙物的位置，構建柵格地圖；
5、s2、創建open列表用來存儲尋找最短路徑所需的柵格節點、close列表用來存儲尋路路徑中代價最小的柵格節點；
6、s3、將起點放入open列表中，設置open列表中代價值最小的點為當前點；
7、s4、將除close列表點和障礙物點以外，當前節點周圍八個不同方向的相鄰節點，加入open列表進行遍歷尋找子節點，并添加當前點到close列表作為父節點；
8、s5、利用評價函數計算代價值最小的子節點，將代價值最小的子節點從open列表中刪除，添加到close列表中；
9、s6、更新當前點，判斷當前點是否為終點；
10、s7、判斷相鄰點是否已經在open列表中；
11、s8、不斷重復上述步驟，尋找f值最小的最短路徑，直至找到終點，輸出close列表；
12、s9、采用剔除冗余路徑節點方法，即核心思想遵循兩點連線斜邊最短原則；在滿足避障條件的基礎上，對close列表中的路徑點進行處理，剔除a-star算法中不必要的轉折路徑節點，縮短路徑長度，減少路徑折彎點，輸出剔除冗余路徑的列表；
13、s10、對輸出剔除冗余路徑的列表，采用三次準均勻b樣條曲線進行平滑處理，平滑剔除冗余路徑的路徑。
14、進一步地，步驟s1中，所述柵格地圖構建方法具體為：
15、為了準確地描述移動機器人所處的環境，以柵格為單位記錄移動機器人的坐標和環境信息；
16、0表示白色的柵格，代表無障礙物；
17、1用黑色的柵格表示，代表有障礙物，移動機器人無法通過；
18、柵格大小主要由實驗環境確定，柵格長度式中，r為障礙物半徑，r為機器人半徑，為設定的安全距離。
19、進一步地，步驟s5中，a-star算法評價函數公式如下：
20、f(n)＝g(n)+h(n)
21、式中，n是當前擴展節點，f(n)為起點到目標點的總代價；g(n)為起點到節點n的實際路徑代價；h(n)為節點n到目標點路徑的啟發式代價。
22、進一步地，步驟s5中，所述啟發函數計算方法具體為：
23、a-star算法中的啟發函數h(n)對a-star算法影響很大，啟發函數的作用能夠指引正確的擴展方向，減小a-star算法擴展的節點數量，加快路徑規劃的速度；啟發函數h(n)的計算通常采用三種距離：歐式距離、曼哈頓距離和切比雪夫距離；
24、曼哈頓距離是指兩個矢量之間的直線距離，投影到坐標軸的長度距離的和；曼哈頓距離公式為：
25、h(n)＝|xn-xe|+|yn-ye|；
26、切比雪夫距離指兩個向量在各坐標維度上的最大差值；切比雪夫距離公式為：
27、
28、歐幾里得距離表示在m維空間中兩個點之間的直線距離；歐里幾德距離為：
29、
30、式中，(xn，yn)表示機器人的當前點，(xe，ye)表示機器人的目標點。
31、進一步地，步驟s6中：
32、a)若當前點為終點，輸出close列表為路徑點；
33、b)若當前點不為終點，則遍歷當前點相鄰的柵格節點，加入到open列表。
34、進一步地，步驟s7中：
35、a)若相鄰點在open列表中，計算起點到相鄰點的實際路徑代價，若比起點到當前點的實際路徑代價小，將該點的父節點作為當前點，重新計算f值；否則，當前點不變；
36、b)若相鄰點不在open列表中，計算相鄰點的f值并添加到open列表中。
37、進一步地，步驟s9中，所述剔除冗余路徑節點策略算法方法具體為：
38、1)獲得a-star算法初始規劃路徑的節點矩陣[p1；p2；…；pn]，記為p，其中p1為起點，pn為目標點；新建一個用于存儲關鍵路徑節點矩陣k，并將起點和目標點添加到k矩陣；
39、2)初始化變量；設變量i為矩陣p的索引，i的取值范圍為1≤i≤n，n為矩陣p的長度，令i＝1；
40、3)判斷終點；創建while循環，當i+2＞n時，循環結束；
41、4)更新變量；從矩陣p的初始節點p1開始，依次獲取矩陣p中的三個節點，即pi、pi+1、pi+2；
42、5)共線判斷；計算線段pipi+1線段pi+1pi+的斜率，判斷兩條直線是否相等；若斜率不等，證明pi、pi+1、pi+2三個節點不共線，進入步驟6)；否則，刪除矩陣p中的節點pi+1，更新p矩陣長度n，返回步驟2)；
43、6)障礙物判斷；分別獲取pi、pi+1、pi+2節點周圍相鄰八個柵格中的障礙物，并存儲在o矩陣中，連接pipi+2線段，通過計算障礙物到pipi+2線段的距離，判斷是否存在障礙物；若存在障礙物，說明中間節點pi+1為關鍵節點，添加到矩陣k中，并令i＝i+1，進入步驟7)；反之，則在p矩陣中，刪除中間節點pi+1，更新n值，回到步驟2)；
44、7)循環結束；輸出剔除冗余節點后本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.基于A-star算法和三次B樣條曲線融合的平滑路徑改進方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于A-star算法和三次B樣條曲線融合的平滑路徑改進方法，其特征在于，步驟S1中，所述柵格地圖構建方法具體為：
3.根據權利要求1所述的基于A-star算法和三次B樣條曲線融合的平滑路徑改進方法，其特征在于，步驟S5中，A-star算法評價函數公式如下：
4.根據權利要求1所述的基于A-star算法和三次B樣條曲線融合的平滑路徑改進方法，其特征在于，步驟S5中，所述啟發函數計算方法具體為：
5.根據權利要求1所述的基于A-star算法和三次B樣條曲線融合的平滑路徑改進方法，其特征在于，步驟S6中：
6.根據權利要求1所述的基于A-star算法和三次B樣條曲線融合的平滑路徑改進方法，其特征在于，步驟S7中：
7.根據權利要求1所述的基于A-star算法和三次B樣條曲線融合的平滑路徑改進方法，其特征在于，步驟S9中，所述剔除冗余路徑節點策略算法方法具體為：
8.根據權利要求1所述的基于
...【技術特征摘要】
1.基于a-star算法和三次b樣條曲線融合的平滑路徑改進方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于a-star算法和三次b樣條曲線融合的平滑路徑改進方法，其特征在于，步驟s1中，所述柵格地圖構建方法具體為：
3.根據權利要求1所述的基于a-star算法和三次b樣條曲線融合的平滑路徑改進方法，其特征在于，步驟s5中，a-star算法評價函數公式如下：
4.根據權利要求1所述的基于a-star算法和三次b樣條曲線融合的平滑路徑改進方法，其特征在于，步驟s5中，所述啟發函數計算方法具體為：
...【專利技術屬性】
技術研發人員：徐向榮，郜菊，王魏婧，崔歡歡，張卉，蒲泉成，
申請(專利權)人：安徽工業大學，
類型：發明
國別省市：
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