用于移动机器人的路径规划方法及程序产品技术

本发明专利技术提出了一种用于移动机器人的路径规划方法，其中，所述路径规划方法包括以下步骤：信息获取步骤S11，其中，获取待规划的第一路径的起点、终点和预定的途经点集合的位置信息，所述途经点集合为由至少一个途经点组成的集合；曲线确定步骤S12，其中，根据起点、终点和途经点集合的位置信息确定从起点开始经过所述至少一个途经点并在终点结束的光滑的曲线，所述曲线具有连续的二阶导数；路径确定步骤S13，其中，将所述光滑曲线作为移动机器人的第一路径。还提出了一种用于移动机器人的全局路径规划方法和一种用于移动机器人的运动控制方法以及相应的计算机程序产品。借助于本发明专利技术，能够确保移动机器人能够沿光滑的路径运动并准确地经过途经点。并准确地经过途经点。并准确地经过途经点。

【技术实现步骤摘要】
用于移动机器人的路径规划方法及程序产品


[0001]本专利技术涉及移动机器人领域、尤其是移动机器人的运动控制领域，具体涉及一种用于移动机器人的路径规划方法、用于移动机器人的全局路径规划方法、一种用于移动机器人的运动控制方法以及相应的计算机程序产品。

技术介绍

[0002]随着经济快速增长、人力成本逐渐上升，移动机器人越来越广泛地应用于各种工业和家庭环境中。例如，自动引导车(AGV)、自主移动机器人(AMR)、叉车等移动机器人是现代物流系统的关键设备之一。移动机器人能够根据路径规划和作业要求运动并停靠到目标地点，以完成物料搬运输送等任务。路径规划是移动机器人的运动控制中的关键。
[0003]移动机器人在某些场景下需要精确地经过特定位置。例如，在特定位置处放置有二维码，移动机器人需要在经过该特定位置处时读取二维码。然而，在对移动机器人进行路径规划时，常出现规划的路径未准确地经过途经点的情况。
[0004]例如，在进行路径规划时，可能并未考虑途经点的精确位置，使得途经点未准确地位于规划的路径上，而是仅在规划的路径附近。例如，常用的TEB算法虽然可以通过增加途经点的权重使局部规划轨迹尽量经过途经点，但由于TEB算法本质上是多目标优化算法，因此仍然无法保证精确地经过途经点。或者，尽管在进行全局路径规划时考虑了途经点的精确位置，但途经点的位置相对于全局路径规划过程考虑的相应的途经点的位置存在偏差或在之后发生了变化。例如，二维码的放置位置可能存在一定的偏差。
[0005]现有技术在对于移动机器人的轨迹规划和运动控制方面仍然存在诸多不足。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种改进的用于移动机器人的路径规划方法、全局路径规划方法和运动控制方法，以确保移动机器人能够沿光滑的路径运动并准确地经过途经点。
[0007]根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于移动机器人的路径规划方法，其中，所述路径规划方法包括以下步骤：信息获取步骤S11，其中，获取待规划的第一路径的起点、终点和预定的途经点集合的位置信息，所述途经点集合为由至少一个途经点组成的集合；曲线确定步骤S12，其中，根据起点、终点和途经点集合的位置信息确定从起点开始经过所述至少一个途经点并在终点结束的光滑的曲线，所述曲线具有连续的二阶导数；路径确定步骤S13，其中，将所述光滑曲线作为移动机器人的第一路径。
[0008]在一个示例性实施例中，信息获取步骤S11还包括获取待规划的第一路径的附加约束信息，所述附加约束信息包括下述中的至少一者：预定的起点速度方向，其表示移动机器人在起点处的速度方向；预定的路径起点曲率，其表示待规划的第一路径在起点处的曲率；预定的终点速度方向，其表示移动机器人在终点处的速度方向；预定的路径终点曲率，其表示待规划的第一路径在终点处的曲率；预定的途经点速度方向，其表示移动机器人在所述至少一个途经点处的速度方向。在曲线确定步骤S12中，附加地根据附加约束信息确定
所述曲线。
[0009]在一个示例性实施例中，所述曲线为贝塞尔曲线或B样条曲线。
[0010]在一个示例性实施例中，所述至少一个途经点的数量为m，其中m为任意正整数，所述曲线为m+3阶贝塞尔曲线，所述贝塞尔曲线的第一个控制点和第m+4个控制点分别为起点和终点。
[0011]在一个示例性实施例中，所述曲线由下式表示：
[0012][0013]其中，i＝0,1,
…
,m+3，,m+3，表示贝塞尔曲线的控制点的坐标并且其中，控制点的坐标通过以下方式来确定：
[0014]为起点的坐标，为终点的坐标；
[0015](x1‑
x0)、(y1‑
y0)分别与同正负，其中，是表示预定的起点速度方向的单位矢量；
[0016](x
m+3
‑
x
m+2
)、(y
m+3
‑
y
m+2
)分别与)分别与同正负，其中，是表示预定的终点速度方向的单位矢量；
[0017]其中，表示所述至少一个途经点中的第j个途经点的坐标，j＝1,2,
…
,m，表示第j个途经点对应的s的取值；
[0018]与的方向相同，其中，是表示在第j个途经点处的预定的途经点速度方向的单位矢量，P
′
(s)表示的一阶导的坐标，表示在处的一阶导的坐标；
[0019]将s＝0和К(0)＝К0代入中，其中，К0表示预定的路径起点曲率，P
x
′
(s)、P
y
′
(s)、P
x
″
(s)、P
y
″
(s)分别是的一阶导横、纵坐标和二阶导横、纵坐标；
[0020]将s＝1和К(1)＝К1代入中，其中，К1表示预定的路径终点曲率。
[0021]在一个示例性实施例中，途经点集合包含恰好一个途经点，在曲线确定步骤S12中确定的曲线由下式表示：
[0022][0023]其中，表示贝塞尔曲线的控制点的坐标并且i＝0,1,
…
,4，其中，控制点的坐标通过以下方式来确定：
[0024]为起点的坐标，为终点的坐标；
[0025](x1‑
x0)、(y1‑
y0)分别与同正负，其中，是表示预定的起点速度方向的单位矢量；
[0026](x4‑
x3)、(y4‑
y3)分别与同正负，其中，是表示预定的终点速度方向的单位矢量；
[0027]其中，(x
v
,y
v
)表示途经点的坐标，s
v
表示途经点对应的s的取值；
[0028]其中，的第一分量和第二分量分别与和同正负，是表示在途经点处的预定的途经点速度方向的单位矢量；
[0029]其中，К0表示预定的路径起点曲率，
[0030]其中，К1表示预定的路径终点曲率。
[0031]在一个示例性实施例中，移动机器人为差速机器人。
[0032]根据本专利技术的第二方面，提出了一种用于移动机器人的全局路径规划方法，其中，
所述全局路径规划方法包括以下步骤：初始规划步骤S21，其中，获取用于移动机器人的初始的全局路径；途经点确定步骤S22，其中，确定途经点集合，途经点表示移动机器人需要经过的点，所述途经点集合为由至少一个途经点组成的集合，并且包含全局路径未经过的至少一个遗漏的途经点；局部路径确定步骤，其中，确定全局路径中的邻近途经点集合所包含的途经点的初始局部路径区段；重新规划步骤S24，其中，将所述初始局部路径区段的起始点和终止点分别作为起点和终点，基于起点、终点和途经点集合根据本专利技术的路径规划方法确定用于移动机器人的第一路径；以及路径替换步骤S25，其中，将全局路径中的初始局部路径区段替换为第一路径。
[0033]在一个示例性实施例中，在重新规划步骤S24中，执行下述中的至少一者：使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于移动机器人的路径规划方法，其中，所述路径规划方法包括以下步骤：信息获取步骤S11，其中，获取待规划的第一路径(2)的起点、终点和预定的途经点集合的位置信息，所述途经点集合为由至少一个途经点组成的集合；曲线确定步骤S12，其中，根据起点、终点和途经点集合的位置信息确定从起点开始经过所述至少一个途经点并在终点结束的光滑的曲线，所述曲线具有连续的二阶导数；以及路径确定步骤S13，其中，将所述光滑曲线作为移动机器人(1)的第一路径(2)。2.根据权利要求1所述的路径规划方法，其中，信息获取步骤S11还包括获取待规划的第一路径(2)的附加约束信息，所述附加约束信息包括下述中的至少一者：预定的起点速度方向，其表示移动机器人(1)在起点处的速度方向；预定的路径起点曲率，其表示待规划的第一路径(2)在起点处的曲率；预定的终点速度方向，其表示移动机器人(1)在终点处的速度方向；预定的路径终点曲率，其表示待规划的第一路径(2)在终点处的曲率；预定的途经点速度方向，其表示移动机器人(1)在所述至少一个途经点处的速度方向，其中，在曲线确定步骤S12中，附加地根据附加约束信息确定所述曲线。3.根据权利要求1或2所述的路径规划方法，其中，所述曲线为贝塞尔曲线或B样条曲线。4.根据权利要求3所述的路径规划方法，其中，所述至少一个途经点的数量为m，其中m为任意正整数，所述曲线为m+3阶贝塞尔曲线，所述贝塞尔曲线的第一个控制点和第m+4个控制点分别为起点和终点。5.根据权利要求4所述的路径规划方法，其中，所述曲线由下式表示：其中，i＝0,1,
…
,m+4，,m+4，表示贝塞尔曲线的控制点的坐标并且其中，控制点的坐标通过以下方式来确定：为起点的坐标，为终点的坐标；(x1‑
x0)、(y1‑
y0)分别与同正负，其中，是表示预定的起点速度方向的单位矢量；(x
m+3
‑
x
m+2
)、(y
m+3
‑
y
m+2
)分别与)分别与同正负，其中，是表示预定的终点速度方向的单位矢量；其中，表示所述至少一个途经点中的第j个途经点的坐标，j＝1,2,
…
,m，表示第j个途经点对应的s的取值；
与的方向相同，其中，是表示在第j个途经点处的预定的途经点速度方向的单位矢量，P
′
(s)表示的一阶导的坐标，表示在处的一阶导的坐标；将s＝0和К(0)＝К0代入中，其中，К0表示预定的路径起点曲率，P
x
′
(s)、P
y
′
(s)、P
x
″
(s)、P
y
″
(s)分别是的一阶导横、纵坐标和二阶导横、纵坐标；将s＝1和К(1)＝К1代入中，其中，К1表示预定的路径终点曲率。6.根据权利要求5所述的路径规划方法，其中，途经点集合包含恰好一个途经点，在曲线确定步骤S12中确定的曲线由下式表示：其中，表示贝塞尔曲线的控制点的坐标并且其中，控制点的坐标通过以下方式来确定：为起点的坐标，为终点的坐标；(x1‑
x0)、(y1‑
y0)分别与同正负，其中，是表示预定的起点速度方向的单位矢量；(x4‑
x3)、(y4‑
y3)分别与同正负，其中，是表示预定的终点速度方向的单位矢量；其中，(x
v
,y
v
)表示途经点的坐标，s
v
表示途经点对应的s的取值；其中，
的第一分量和第二分量分别与和同正负，是表示在途经点处的预定的途经点速度方向的单位矢量；其中，К0表示预定的路径起点曲率，其中，К1表示预定的路径终点曲率。7.根据权利要求1
‑
6中任一项所述的路径规划方法，其中，移动机器人(1)为差速机器人。8.一种用于移动机器人的全局路径规划方法，其中，所述全局路径规划方法包括以下步骤：初始规划步骤S21，其中，获取用于移动机器人(1)的初始的全局路径(3)；途经点确定步骤S22，其中，确定途经点集合，途经点表示移动机器人(1)需要经过的点，所述途经点集合为由至少一个途经点组成的集合，并且包含全局路径(3)未经过的至少一个遗漏的途经点；局部路径确定步骤，其中，确定全局路径(3)中的邻近途经点集合所包含的途经点的初始局部路径区段(31)；重新规划步骤S24，其中，将所述初始局部路径区段(31)的起始点和终止点分别作为起点和终点，基于起点、终点和途经点集合根据权利要求1
‑
7中任一项所述的路径规划方法确定用于移动机器人(1)的第一路径(2)；以及路径替换步骤S25，其中，将全局路径(3)中的初始局部路径区段(31)替换为第一路径(2)。9.根据权利要求8所述的全局路径规划方法，其中，在重新规划步骤S24中，执行下述中的至少一者：使第一路径(2)的起点速度方向等于初始局部路径区段(31)的起点速度方向；使第一路径(2)的路径起点曲率等于初始局部路径区段(31)的路径起点曲率；使第一路径(2)的终点速度方向等于初始局部路径区段(31)的终点速度方向；使第一路径(2)的路径终...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵安，张传发，邸兴超，赵雨辰，
申请(专利权)人：灵动科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：