Lập kế hoạch di chuyển toàn cục nhằm xây dựng cho robot sử dụng thông tin về bản đồ mơi trường, vị trí robot từ hệ thống nhận thức Do đó tính chính xác khi lập kế hoạch di chuyển tồn cục phụ thuộc đáng kể vào hiệu năng của kỹ thuật SLAM được sử dụng Trước tiên, robot cần xác định được vị trí của nó trong bản đồ tại thời điểm hiện tại Lúc này robot sẽ có những nhận thức về mơi trường xung quanh, đặc biệt là bản đồ bao gồm những vật cản tĩnh đã xác định được ở hệ thống nhận thức Tiếp đến, vị trí đích được xác định và được đặt trong vùng phạm vi đã xác định của bản đồ Từ đó, các thuật tốn tính tốn quỹ đạo sẽ tính tốn để đảm bảo robot có thể di chuyển tới vị trí đích với quỹ đạo tối ưu
Trên thực tế, khi xây dựng bài toán điều hướng yêu cầu một bản đồ của mơi trường để tính tốn tốt nhất tuyến đường Tùy thuộc vào việc phân tích bản đồ, một số phương pháp xây dựng dựa trên lộ trình được đề xuất bởi [14], [17] Một số giải vấn đề bằng cách gán một giá trị cho mỗi vùng của lộ trình để tìm ra con đường với chi phí tối thiểu như là thuật tốn Dijkstra [22], [30], [85]
Phần lập kế hoạch di chuyển toàn cục được thiết kế sử dụng thuật toán A dựa trên nền tảng ROS [56] Thuật toán A xây dựng tăng dần tất cả các tuyến đường từ điểm xuất phát cho tới khi nó tìm thấy một đường đi chạm tới đích Thuật tốn này sử dụng một đánh giá “heuristic” về khoảng cách từ điểm bất kì cho trước tới đích để biết được những đường nào có khả năng dẫn tới đích, bên cạnh đó thuật tốn này cịn tính đến khoảng cách nó đã đi qua do đó thuật tốn A sẽ ln tìm thấy đường đi ngắn nhất nếu nó tồn tại Thuật tốn A lưu giữ một tập các lời giải chưa hoàn chỉnh bắt đầu từ nút xuất phát Tập lời giải này được lưu trong một hàng đợi ưu tiên Thứ tự ưu tiên gán cho một đường đi x được quyết định bởi hàm:
Trong đó g x thể hiện chi phí của đường đi cho đến thời điểm hiện tại, h x
là hàm đánh giá chi phí nhỏ nhất đi từ điểm hiện tại đến đích Mục tiêu của thuật tốn A là thiết kế đánh giá được chi phí cho hàm F x từ vị trí ban đầu đến vị trí đích
qua x Hình 3 4 Minh hoạ thuật toán A thể hiện bản đồ ơ lưới tìm đường đi cho
robot Ơ xanh dương là vị trí hiện tại của robot (kí hiệu là S ), ơ màu xanh lá cây là vị trí đích của robot (kí hiệu là G ) Các ơ màu đen là các chướng ngại vật đã được phát hiện bởi hệ thống nhận thức Mỗi ô vuông được thể hiện bằng 1 tọa độ (x, y) Trong việc lập kế hoạch di chuyển toàn cục cho robot, ta xét bản đồ tồn cục là bản đồ ơ lưới, giá trị của hàm F x được tính bằng số ơ lưới trong bản đồ lưới từ vị trí
ban đầu của robot đến vị trí đích mong muốn qua x
Hình 3 4 Minh hoạ thuật tốn A*
Mỗi khi robot tiến đến 1 vị trí ơ lưới, giá trị của g x được tính tốn bằng số ơ lưới tích lũy từ vị trí ban đầu đến vị trí hiện tại, trong khi hàm h x được đánh giá bằng số ô lưới từ vị trí hiện tại đến vị trí đích
Phương pháp lập kế hoạch di chuyển tồn cục sẽ tính tốn ra quỹ đạo ngắn nhất cho robot từ vị trí hiện tại tới vị trí đích trong khi đảm bảo robot có thể tránh được vật cản cố định trong bản đồ Tuy nhiên, nó khơng xét đến những ràng buộc động học của mơ hình robot Do đó, quỹ đạo tồn cục khơng phải là quỹ đạo trực tiếp đặt cho
robot mà nó chỉ được sử dụng làm quỹ đạo tham chiếu cho phần Lập kế hoạch di chuyển cục bộ