一种基于势能场的机器人路径跟踪算法

摘要

本发明提供本发明的一种基于势能场的机器人路径跟踪算法，包括以下步骤：(1)获得转弯半径；(2)根据转弯半径R和当前线速度V_x(t)，估算下一个时刻线速度V_x(t+1)；(3)根据R和V_x(t+1)计算角速度ω，获得合理的路径跟踪速度(Vx，ω)，随后对获得的当前路径与预设路径两者之间进行拟合获得最优的路径跟踪速度(Vx，ω_优)，由此确定最优跟踪路径轨迹。本发明通过对机器人实时虚拟路径的分析计算得到基础速度分解量(Vx，ω)，然后进一步通过势能场中机器人路径预测来得到最优路径，能够极大的提高计算效率，降低对计算机硬件的要求，并且不论系统本身的特性如何变化，或者机器人相对预设路径的初始偏角多大，算法本身都会保证机器人收敛到预设路径上。

主权项

一种基于势能场的机器人路径跟踪算法，其特征在于，包括以下步骤：(1)获得转弯半径：1‑1)创建路径信息数据库，路径信息数据库中包含有机器人将要行走的路径点坐标的集合；1‑2)从路径信息数据库中获取关于预设路径的坐标点集合{G[i]}、和当前所在的路径点索引i；1‑3)从路径信息数据库中获取三个相隔一段索引号n的路径点G[i]、G[i+n]、G[i+2n]，n＞0；1‑4)计算路径点G[i]、G[i+n]之间的距离Δd；1‑5)路径点G[i]、G[i+n]形成向量一，路径点G[i+n]、G[i+2n]形成向量二，计算向量一和向量二之间的夹角Δθ1；1‑6)计算车头朝向φ和向量G[i]、G[i+n]之间的夹角Δθ2；1‑7)计算转弯半径当计算得的R＞R_max时，取R＝R_max；当计算得的R＜R_min时，取R＝0；当R_min＜R＜R_max时，其中R_max、R_min均为算法预先设置的参数；(2)根据转弯半径R和当前线速度V_x(t)，估算下一个时刻的线速度V_x(t+1)：根据步骤(1)中获得的转弯半径R计算当前曲率半径允许的最大线速度其中V_max和R_max均为算法预先设置的参数；如果则在下一个控制周期内继续加速，V_x(t+1)＝V_x(t)+ΔV；ΔV＝a*Tc；a—加速度；Tc—控制周期，即本次计算和下一次计算之间的时间间隔；否则，以当前曲率半径允许的最大速度为下一个控制周期内的线速度，即(3)计算角速度ω：(4)由获得的路径跟踪速度(V_x，ω)来确定跟踪路径轨迹。