一种用于机器人导航的实时路径规划系统

本发明涉及机器人，更具体地说，本发明涉及一种用于机器人导航的实时路径规划系统。

背景技术：

1、随着科技的不断发展，机器人技术已经广泛应用于各个领域，其中机器人导航技术尤为关键，机器人导航技术是指机器人根据环境信息，通过自主规划路径并控制其运动方向，实现从一个地点到另一个地点的移动，在这个过程中，实时路径规划系统发挥着至关重要的作用，它不仅能够根据环境变化实时调整机器人的行进路径，还能确保机器人在复杂环境中安全、高效地完成任务。

2、然而，现有的机器人导航实时路径规划系统在实际应用中仍存在一些问题和挑战，首先，环境信息的采集和分析不够全面和准确，导致机器人无法准确判断环境中的障碍物、路面条件以及电磁干扰等因素，从而影响了路径规划的准确性和效率，其次，传统的路径规划算法往往基于固定的规则和参数，缺乏灵活性和适应性，难以应对复杂多变的环境条件，此外，一些系统还存在计算量大、响应速度慢等缺点，无法满足实时性要求高的应用场景。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种用于机器人导航的实时路径规划系统，通过以下方案，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于机器人导航的实时路径规划系统，包括：

3、路径划分模块：用于将目标机器人的各导航路径数据确定为目标数据区域，将目标数据区域按照单个导航路径划分的方式划分为各导航路径数据，并将各导航路径依次标记为1、2……n，并按照基于终点距离划分的方式将各导航路径数据划分为各子数据区域，依次标记为1、2……m；

4、环境数据采集模块：用于采集各子数据区域的障碍物数据、路面数据以及电磁数据，并将采集到的数据传输到环境数据分析模块；

5、环境数据分析模块：包括障碍物数据分析单元、路面数据分析单元以及电磁数据分析单元，用于对环境数据采集模块传输的数据分析，并将分析结果传输到综合分析模块；

6、机器人数据采集模块：用于采集各子数据区域的动力响应数据、控制鲁棒性数据以及惯性测量数据，并将采集到的数据传输到机器人数据分析模块；

7、机器人数据分析模块：包括动力响应数据分析单元、控制鲁棒性数据分析单元以及惯性测量数据分析单元，用于对机器人数据采集模块传输的数据分析，并将分析结果传输到综合分析模块；

8、综合分析模块：用于建立综合分析模型，将环境数据分析模块和机器人数据分析模块传输的数据导入综合分析模型中，计算出各导航路径的综合优化指数，并传输到控制模块；

9、控制模块：用于建立综合优化指数预设值，用于对各导航路径的综合优化指数进行判断，并根据判断结果发出控制信号。

10、优选的，所述障碍物数据包括障碍物点云密度、障碍物空间分布熵、障碍物动态变化频率，以及障碍物激光雷达反射率，分别标记为bp、bs、bf，以及bl，路面数据包括路面最大坡度角、路面弹性迟滞损耗、路面沉积物平均覆盖厚度，以及路面材质回波损耗，分别标记为pc、ph、pl，以及ps，电磁数据包括最大电磁干扰强度、电磁场主振荡频率、电磁场幅度变化范围，以及主要电磁场源距离，分别标记为ec、ed、ev，以及er。

11、优选的，所述障碍物数据分析单元用于建立障碍物数据分析模型，将环境数据采集模块传输的障碍物数据导入障碍物数据分析模型中，计算出各子数据区域的障碍物特征值，具体表示为：，rbi,j表示第i个导航路径第j个子数据区域的障碍物特征值，bpi,j表示第i个导航路径第j个子数据区域的障碍物点云密度，bsi,j表示第i个导航路径第j个子数据区域的障碍物空间分布熵，bfi,j表示第i个导航路径第j个子数据区域的障碍物动态变化频率，bli,j表示第i个导航路径第j个子数据区域的障碍物激光雷达反射率。

12、优选的，所述路面数据分析单元用于建立路面数据分析模型，将环境数据采集模块传输的路面数据导入路面数据分析模型中，计算出各子数据区域的路面特征值，具体表示为：，rpi,j表示第i个导航路径第j个子数据区域的路面特征值，pci,j表示第i个导航路径第j个子数据区域的路面最大坡度角，phi,j表示第i个导航路径第j个子数据区域的路面弹性迟滞损耗，pli,j表示第i个导航路径第j个子数据区域的路面沉积物平均覆盖厚度，psi,j表示第i个导航路径第j个子数据区域的路面材质回波损耗。

13、优选的，所述电磁数据分析单元用于建立电磁数据分析模型，将环境数据采集模块传输的电磁数据导入电磁数据分析模型中，计算出各子数据区域的电磁特征值，具体表示为：，rei,j表示第i个导航路径第j个子数据区域的电磁特征值，eci,j表示第i个导航路径第j个子数据区域的最大电磁干扰强度，edi,j表示第i个导航路径第j个子数据区域的电磁场主振荡频率，evi,j表示第i个导航路径第j个子数据区域的电磁场幅度变化范围，eri,j表示第i个导航路径第j个子数据区域的主要电磁场源距离。

14、优选的，所述环境数据分析模块通过第i个导航路径第j个子数据区域的障碍物特征值、第i个导航路径第j个子数据区域的路面特征值以及第i个导航路径第j个子数据区域的电磁特征值计算出第i个导航路径第j个子数据区域的综合环境特征值，具体表示为：,κi,j表示第i个导航路径第j个子数据区域的综合环境特征值。

15、优选的，所述动力响应数据包括动力输出反馈延迟、功率谐波失真率、能量储备充放电率，以及温度偏差，分别标记为fd、fh、fl，以及fe，控制鲁棒性数据包括控制器容错处理时延、冗余系统切换时间、故障模式切换成功率，以及异常状态恢复速率，分别标记为ld、lt、ls，以及lv，惯性测量数据包括加速度分辨率、角速度分辨率、姿态测量误差，以及零偏最大漂移，分别标记为aj、am、ad，以及ab。

16、优选的，所述动力响应数据分析单元用于建立动力响应数据分析模型，将机器人数据采集模块传输的动力响应数据导入动力响应数据分析模型中，计算出各子数据区域的动力响应效能值，具体表示为：,rfi,j表示第i个导航路径第j个子数据区域的动力响应效能值，fdi,j表示第i个导航路径第j个子数据区域的动力输出反馈延迟，fhi,j表示第i个导航路径第j个子数据区域的功率谐波失真率，fli,j表示第i个导航路径第j个子数据区域的能量储备充放电率，fei,j表示第i个导航路径第j个子数据区域的温度偏差。

17、优选的，所述控制鲁棒性数据分析单元用于建立控制鲁棒性数据分析模型，将机器人数据采集模块传输的控制鲁棒性数据导入控制鲁棒性数据分析模型中，计算出各子数据区域的鲁棒性能评估值，具体表示为：,rli,j表示第i个导航路径第j个子数据区域的鲁棒性能评估值，ldi,j表示第i个导航路径第j个子数据区域的控制器容错处理时延，lti,j表示第i个导航路径第j个子数据区域的冗余系统切换时间，lsi,j表示第i个导航路径第j个子数据区域的故障模式切换成功率，lvi,j表示第i个导航路径第j个子数据区域的异常状态恢复速率。

18、优选的，所述惯性测量数据分析单元用于建立惯性测量数据分析模型，将机器人数据采集模块传输的惯性测量数据导入惯性测量数据分析模型中，计算出各子数据区域的惯性数据质量评估值，具体表示为：，rai,j表示第i个导航路径第j个子数据区域的惯性数据质量评估值，aji,j表示第i个导航路径第j个子数据区域的加速度分辨率，ami,j表示第i个导航路径第j个子数据区域的角速度分辨率，adi,j表示第i个导航路径第j个子数据区域的姿态测量误差，abi,j表示第i个导航路径第j个子数据区域的零偏最大漂移。

19、优选的，所述机器人数据分析模块通过第i个导航路径第j个子数据区域的动力响应效能值、第i个导航路径第j个子数据区域的鲁棒性能评估值以及第i个导航路径第j个子数据区域的惯性数据质量评估值计算出第i个导航路径第j个子数据区域的机器人综合性能评估值，具体表示为：，表示第i个导航路径第j个子数据区域的机器人综合性能评估值。

20、优选的，所述综合分析模型具体表示为：，ηi表示第i个导航路径的综合优化指数，κi,j表示第i个导航路径第j个子数据区域的综合环境特征值，表示第i个导航路径第j个子数据区域的机器人综合性能评估值。

21、优选的，所述综合优化指数预设值标记为，当时，表示第i个导航路径的综合优化指数小于综合优化指数预设值，说明第i个导航路径的导航效果差，则将第i个导航路径标记为非优先导航路径，当时，表示第i个导航路径的综合优化指数大于综合优化指数预设值，说明第i个导航路径的导航效果良好，则将第i个导航路径标记为优先导航路径。

22、本发明的技术效果和优点：

23、本发明通过路径划分模块够将整个导航路径划分为更小的、更易于管理的子区域或路径段；通过环境数据采集模块收集各子数据区域环境的数据，这些数据对于机器人进行准确的路径规划和导航至关重要，通过实时收集环境数据，机器人能够动态地调整其路径，以避开障碍物或利用环境中的有利因素；通过环境数据分析模块对环境数据进行分析和解释，以提供有关环境状态的有用信息，环境数据分析模块还可以预测环境的变化趋势，如障碍物的移动方向或速度，从而帮助机器人做出更准确的决策；通过机器人数据采集模块收集关于机器人自身状态的数据，这些数据对于机器人进行精确的自我定位和导航至关重要，通过实时收集机器人数据，系统可以确保机器人始终沿着正确的路径前进，并在需要时进行自我调整；通过机器人数据分析模块对机器人数据进行分析和解释，以提供有关机器人当前状态的有用信息，可以评估机器人的电池寿命、机械磨损或传感器性能，有助于机器人做出更明智的决策，如选择更节能的路径或及时更换磨损的部件；通过综合分析模块将环境数据和机器人数据融合在一起，以提供关于整个路径状态的综合优化指数，使用先进的算法和模型来评估各种可能的情况和策略，并选择最佳的路径规划方案，通过综合考虑环境条件和机器人状态，综合分析模块能够确保机器人始终以最优的方式运行；通过控制模块发出控制指令。