[發(fā)明專利]一種基于橢圓約束的機(jī)器人路徑規(guī)劃方法和裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410255481.0
• 申請(qǐng)日: 2014-06-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103995984A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳懷宇;張琴麗;羅歡;陳洋;周致富;滕雄;李威凌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F19/00
• 分類號(hào): G06F19/00;G05D1/02;G05D1/12
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 胡琳萍

1.一種基于橢圓約束的機(jī)器人路徑規(guī)劃方法，其特征在于，包括如下步驟：獲取機(jī)器人運(yùn)動(dòng)信息、障礙物信息、目標(biāo)環(huán)境信息；

確定機(jī)器人與障礙物發(fā)生碰撞的條件；

針對(duì)機(jī)器人與障礙物發(fā)生碰撞的條件，建立基于橢圓約束的運(yùn)動(dòng)避障模型；該橢圓應(yīng)滿足的約束條件為：機(jī)器人在橢圓內(nèi)、所檢測(cè)到的障礙物點(diǎn)在橢圓外、最終目標(biāo)點(diǎn)在橢圓邊界上或者在橢圓外；

采用Bug路徑規(guī)劃算法進(jìn)行全局路徑規(guī)劃：機(jī)器人沿連接起點(diǎn)和最終目標(biāo)點(diǎn)的直線路徑前進(jìn)，在遇到障礙物時(shí)建立基于橢圓約束的運(yùn)動(dòng)避障模型，當(dāng)最終目標(biāo)點(diǎn)在橢圓邊界上時(shí)，無(wú)需再設(shè)置中間目標(biāo)點(diǎn)，機(jī)器人沿當(dāng)前位置向最終目標(biāo)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)最終目標(biāo)點(diǎn)在橢圓邊界外時(shí)，設(shè)置中間目標(biāo)點(diǎn)；機(jī)器人沿當(dāng)前位置與所述中間目標(biāo)點(diǎn)之間的直線路徑運(yùn)動(dòng)到所述中間目標(biāo)點(diǎn)；機(jī)器人避障后再次沿連接所述中間目標(biāo)點(diǎn)和最終目標(biāo)點(diǎn)的直線路徑前進(jìn)，到達(dá)最終目標(biāo)點(diǎn)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于橢圓約束的機(jī)器人路徑規(guī)劃方法，其特征在于：

所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)信息包括機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方向、運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)位置信息及機(jī)器人可獲取環(huán)境信息范圍的最大距離r和最大角度θ；所述障礙物信息包括每個(gè)障礙物的坐標(biāo)位置信息；所述目標(biāo)環(huán)境信息包括指定目標(biāo)位置全局坐標(biāo)信息。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于橢圓約束的機(jī)器人路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述機(jī)器人與障礙物發(fā)生碰撞的條件為

d|sinα|<R_safe

d≤r???????(1)

0<α<θ

其中：d表示機(jī)器人與檢測(cè)到的障礙物之間的距離，

α表示機(jī)器人與障礙物之間距離向量和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方向的夾角，

R_safe表示機(jī)器人與障礙物不發(fā)生碰撞的最小安全距離，

r表示機(jī)器人可獲取環(huán)境信息范圍的最大距離，

θ表示機(jī)器人可獲取環(huán)境信息范圍的最大角度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的基于橢圓約束的機(jī)器人路徑規(guī)劃方法，

其特征在于，

所述運(yùn)動(dòng)避障模型基于橢圓約束的橢圓方程表示為：

Φ^t(P,q,r)＝{x|x^TP^tx+x^Tq^t+r^t≤0}，即橢圓內(nèi)部滿足

intΦ^t＝{x|Φ^t(P,q,r)<0}，橢圓邊界值滿足Φ^t(x)＝x^TP^tx+x^Tq^t+r^t＝0，其中t為運(yùn)動(dòng)的任一時(shí)刻，x為所規(guī)劃?rùn)E圓上任意一點(diǎn)坐標(biāo)，P表示二維正定矩陣，q表示2行1列實(shí)數(shù)矩陣，r為實(shí)數(shù)，T表示轉(zhuǎn)置計(jì)算。