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申请/专利权人：河海大学

摘要：本发明公开了一种基于物联网技术的家居机器人路径规划系统及规划方法，装置包括：主控系统、电源模块、激光雷达、摄像头模块、传感器模块、RFID感应器模块、手柄控制模块、显示模块、光电编码器、驱动电机模块和电源模块；方法包括如下步骤：构建家居环境地图；针对室内家居的复杂环境，室内环境的模型经常更新，实时调整地图；静态路径规划，家居机器人采用栅格建模的策略将环境分成若干网格区域，采用拓展树随机优化方法对蚁群算法进行优化，进而实现家居机器人的全局静态路径规划；动态避障，移动家居机器人采用融合社会力模型和卡尔曼滤波的轨迹预测方案，对移动障碍物进行轨迹预测。本发明能够实现合理的路径规划及动态避障。

主权项：1.一种基于物联网技术的家居机器人路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、构建家居环境地图；针对室内家居的复杂环境，室内环境的模型经常更新，实时调整地图；步骤2、静态路径规划；家居机器人采用栅格建模的策略将环境分成若干网格区域，采用蚁群算法进行全局路径规划，采用拓展树随机优化方法对蚁群算法进行优化，进而实现家居机器人的全局静态路径规划；采用蚁群算法进行全局路径规划的具体步骤为：假设蚂蚁的总数量为M，节点之间的信息素用矩阵Pheromone表示，最优路径长度为BestLength，最优路径为BestTour，每只蚂蚁都有各自的内存，来存储该蚂蚁已经访问过的节点，进而避免该蚂蚁对此节点进行第二次搜索；另外建立一个允许访问的节点表来表示该蚂蚁访问的节点，使用一个矩阵来存储该蚂蚁在一次迭代中经过的路径所释放出的信息素信息；假定算法总共运行Maxgen次，当前迭代次数为t；其步骤如下：步骤a、参数初始化设置；蚂蚁的数量为k，信息素启发因子为α，期望启发因子为β，信息素挥发因子ρ，信息素的强度为Q；步骤b、循环次数t＝t+1；步骤c、蚂蚁的禁忌表索引号k＝1；步骤d、蚂蚁数目k＝k+1；步骤e、蚂蚁个体根据状态转移概率公式计算的概率选择元素并前进，起始点的概率分布根据如下公式进行计算： 其中tij是节点i和节点j之间的信息素挥发量，ηij是启发式函数；步骤f、修改禁忌表指针，即选择好之后将蚂蚁移动到新的节点，并把该节点移动到该蚂蚁个体的禁忌表中；步骤g、若集合中节点未遍历完，即km，则跳转到步骤d，否则执行步骤h；步骤h、更新信息素，信息素更新公式如下： 其中Δtij表示所有蚂蚁在路径上释放的信息素的总和；步骤i、如果达到最大迭代次数Maxgen，算法终止，输出最优路径BestTour和最优路径长度BestLength；否则，转至步骤b；采用拓展树随机优化方法对蚁群算法进行优化，其对于蚁群算法全局路径规划优化的步骤如下：步骤2a、输入待优化路径，元拓展节点输入序号设置为1；步骤2b、元扩展节点位置向外扩展；若扩展节点触碰边界或者障碍物则该方向停止扩展并且将该方向的值设为INF，且停止扩展；若扩展节点属于待优化路径且元扩展节点与扩展节点之间直线可达，用元扩展节点与扩展节点之间直线路径代替待优化路径中元扩展节点与扩展节点之间路径，生成一条待选择路径，将值设为路径长度，停止扩展；步骤2c、元节点所有方向达到停止条件，选择值最小的待选择路径更新待优化路径；步骤2d、元扩展节点序号自增，重复步骤2b和步骤2c，直到元扩展节点序号达到最大，输出优化路径；步骤3、动态避障；移动家居机器人采用融合社会力模型和卡尔曼滤波的轨迹预测方案，对移动障碍物进行轨迹预测，实现对于局部路径规划中动态障碍物的避障和路径规划。

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