[發(fā)明專利]一種機器人軌跡跟蹤方法、系統(tǒng)及存儲介質(zhì)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010410198.6
• 申請日: 2020-05-15
• 公開（公告）號: CN111506081B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 余伶俐;王正久;霍淑欣;白宇;周開軍
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 長沙正奇專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 43113
• 代理人: 馬強;王娟

本發(fā)明公開了一種機器人軌跡跟蹤方法、系統(tǒng)及存儲介質(zhì)，將軌跡優(yōu)化和控制融合到一起，更好的保證機器人進行軌跡跟蹤的可行性。機器人穿越稠密障礙物時，本發(fā)明采用自適應(yīng)的權(quán)重，根據(jù)差動機器人當(dāng)前位置同障礙物間的最短距離相應(yīng)調(diào)整目標函數(shù)中的權(quán)值，從而使得機器人在進行軌跡跟蹤時能兼顧安全性、運行速度，改善障礙物區(qū)域的軌跡跟蹤性能。本發(fā)明通過將避障約束放到目標函數(shù)中，將其轉(zhuǎn)化為軟約束，通過在容許控制空間中采樣的方式尋找到最優(yōu)控制輸入，解決了非凸的優(yōu)化問題，同時，通過動態(tài)調(diào)整權(quán)重的方式提高了移動機器人避障性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及雙輪差動式機器人軌跡跟蹤控制領(lǐng)域，特別是一種機器人軌跡跟蹤方法、系統(tǒng)及存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)

進入二十一世紀第二個十年以來,國內(nèi)外對機器人技術(shù)的發(fā)展越來越重視，機器人技術(shù)被認為是對新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義的高技術(shù)之一。在計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、MEMS技術(shù)等新技術(shù)發(fā)展的推動下,機器人技術(shù)正從傳統(tǒng)的工業(yè)制造領(lǐng)域向醫(yī)療服務(wù)、教育娛樂等領(lǐng)域迅速擴展，大量的用于室內(nèi)的服務(wù)型機器人前景廣闊。

由于雙輪差動型移動方式成本低廉而被室內(nèi)服務(wù)型機器人廣泛采用。當(dāng)移動機器人運行在室內(nèi)，經(jīng)常會遇到需要穿越障礙物區(qū)域的情況，而目前，大多數(shù)雙輪差動移動機器人的在穿越障礙物區(qū)域時，運行速度、安全性能不能很好地兼顧。運動規(guī)劃問題通常包括兩個步驟，首先進行路徑規(guī)劃，之后在路徑規(guī)劃的基礎(chǔ)上完成軌跡跟蹤。這類方法大多是基于凸優(yōu)化來實現(xiàn)的，而空間中障礙物的存在往往使問題變?yōu)榉峭沟模瑹o法解決非凸的優(yōu)化問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種機器人軌跡跟蹤方法、系統(tǒng)及存儲介質(zhì)，解決現(xiàn)有雙輪驅(qū)動機器人穿越障礙物區(qū)域時，運行速度、安全性能不能兼顧的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種機器人軌跡跟蹤方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)獲取全局路徑序列其中，表示全局規(guī)劃路徑在全局坐標系下的第i個路徑點對應(yīng)的橫坐標，表示全局規(guī)劃路徑在全局坐標系下的第i個路徑點對應(yīng)的縱坐標，表示全局規(guī)劃序列在全局坐標系下的第i個路徑點對應(yīng)的航向角，N對應(yīng)全局規(guī)劃的路徑中路徑點的數(shù)量；

2)將機器人軌跡跟蹤問題構(gòu)建成最優(yōu)化規(guī)劃問題采用動態(tài)窗口法求解所述最優(yōu)化規(guī)劃問題，得到局部最優(yōu)軌跡序列X^*:＝{x_i,y_i,θ_i}_i＝1,...n和控制量序列 U^*:＝{v_i,ω_i}_i＝1,...n-1；其中，γ_k代表各個優(yōu)化目標的權(quán)重，f_k(B)代表相應(yīng)的各部分子代價函數(shù)；B:＝{X,U}代表可行解， X:＝{x_i}_i＝1,...,n,x_i＝(x_i,y_i,θ_i)代表軌跡序列，U:＝{u_i}_{i＝1,...,n-1},u_i＝(v_i,ω_i)代表控制量序列，v_i,ω_i分別為機器人從路徑點i-1到路徑點i的速度和角速度，n對應(yīng)求解出的軌跡點數(shù)量；

3)將求解得到的速度、角速度序列的前m個值U_m^*:＝{v_i,ω_i}_i＝1,...m，按照控制周期下發(fā)給機器人執(zhí)行器；

4)若機器人到達終點，則停止；否則跳轉(zhuǎn)至步驟2)。

本發(fā)明的上述步驟融合了軌跡優(yōu)化和控制，可以更好的保證機器人進行軌跡跟蹤的可行性，可以很好地解決非凸的優(yōu)化問題，兼顧了機器人運行速度和安全性能。步驟2)中，構(gòu)建最優(yōu)化規(guī)劃問題的具體實現(xiàn)過程包括：