设计路径规划中的岔路转弯方法

岔路选择属于路径规划中的另一类问题。通常情况下，前进道路上的岔路有三种选择：左转、直行、右转。其中，直行的情况最简单，不需要机器人有多余的转弯动作，保持原先的循迹模式就可顺利通过；左转和右转都需要机器人自身有一个调整的过程，这个过程中机器人不再接收前后相机反馈的路径信息，而是根据预先给定的岔路偏转幅度调整机器人的位置，经过一定的时间后重新根据相机的数据做循迹运动。

针对上述运行环境，首先需要对岔路处的设计有一定的要求；其次，机器人在岔路处的调整幅度需根据不同情况设定；最后，机器人自身调整的时间需根据路径、机器人的速度、机器人的调整幅度确定。

岔路处的设计主要考虑转弯的幅度不能过大，相邻的两条路径不能太靠近以防经过岔路后相机仍能看到不止一条路径，在岔路处应选择平滑的圆弧段作为过渡。根据之前推导的通过性条件，路径当然需满足一定的约束。除此之外，岔路路径还应满足一些条件。如图7-11所示，机器人在循迹过程中，在点A遇到岔路，设相机视场范围为D，那么当两条路径的距离超过D后，说明机器人已经通过了岔路，图中的角θ就表明了机器人在经过岔路时需通过自身调整的角度。角度的大小直接影响了机器人经过岔路时的难易程度和快慢程度：角度越大，说明机器人转弯越费劲，但是通过岔路的时间很快；角度越小，说明机器人通过岔路越平稳，但是通过的时间很长。因此如何选择路径的角度达到稳定与时间的平衡很重要。

图7-11　机器人沿岔路前进

设机器人循迹的匀速前进速度为vy，圆弧半径为R，运动周期为T，前相机固定的调整偏距值为d1，在一个周期中，速度调整的大小为：

根据几何关系可得所求曲线上的点B与直线上的点B'满足见图7-10，在已知直线方程和圆的方程的情况下可得4个方程求解4个未知数，是有确定解的。

机器人岔路选择分为两个过程，前端通过和后端通过。前端通过时，前端偏距是由系统自动给定一个固定的偏距值，后端偏距依旧由相机给出；后端通过时，后端偏距是由系统自动给定一个固定的偏距值，前端偏距依旧由相机给出。

显然，机器人的前端通过岔路的总时间为所以机器人运动过程中姿态的调整为：

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其中，d2的值根据相机的变化而改变。同样，机器人的后端通过岔路的总时间为所以机器人运动过程中姿态的调整为：

其中，d1的值将根据相机的变化而改变。因此根据几何特性就可约束机器人前进速度vy、调整的固定偏距d1、运动周期T、圆的曲率半径R之间的关系，从而合理地设计岔路处的运行轨迹。

通常情况下，机器人的行进速度、运动周期固定不变的，需要设计的就是调整的固定偏距d和曲线的曲率半径R。也就是说，对于岔路需要满足d、R取适当的值，保证机器人在规定时间通过岔路并仍能处于循迹路线上。

同样，机器人经过岔路部分也有一定的偏差允许。设机器人的允许偏差仍为Z，机器人通过的总时间可变为：

θ由于变化量非常小可认定为保持不变。因此，其余的参数随总时间T'的变化而改变。

实际应用中，还需要考虑贴于路面上的循迹带的情况，设岔路转弯处的曲率半径为R'，所以经过岔路姿态变化为θ'，得：

由此确定机器人的运动轨迹。