[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于阿克曼模型的移動(dòng)機(jī)器人避障路徑規(guī)劃方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011532828.3
• 申請(qǐng)日: 2020-12-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112731929A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉勇;溫力成
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05D1/02
• 分類(lèi)號(hào): G05D1/02;G05D1/00
• 代理公司: 杭州泓呈祥專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 33350
• 代理人: 張嬋嬋

1.一種基于阿克曼模型的移動(dòng)機(jī)器人避障路徑規(guī)劃方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1：按照阿克曼模型對(duì)移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行建模，對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)區(qū)域構(gòu)建全局地圖坐標(biāo)系和機(jī)器人局部坐標(biāo)系，對(duì)運(yùn)動(dòng)區(qū)域內(nèi)的N個(gè)移動(dòng)機(jī)器人設(shè)定終點(diǎn)位姿狀態(tài)，獲取N個(gè)移動(dòng)機(jī)器人的起始位姿狀態(tài)；所述N為大于等于2的整數(shù)；

步驟S2：獲取在全局地圖坐標(biāo)系下的障礙物所在區(qū)域，得到在全局地圖坐標(biāo)系下的可行走區(qū)域坐標(biāo)；

步驟S3：將各個(gè)移動(dòng)機(jī)器人的起始位姿狀態(tài)和終點(diǎn)位姿狀態(tài)輸入下層單機(jī)器人路徑規(guī)劃器；

步驟S4：下層單機(jī)器人路徑規(guī)劃器計(jì)算后得到各個(gè)移動(dòng)機(jī)器人從起始位姿狀態(tài)到終點(diǎn)位姿狀態(tài)的避障路徑，將各個(gè)移動(dòng)機(jī)器人的避障路徑輸入上層碰撞搜索樹(shù)；

步驟S5：上層碰撞搜索樹(shù)通過(guò)計(jì)算對(duì)所有機(jī)器人的避障路徑進(jìn)行沖突檢查；

步驟S6：當(dāng)檢查到一個(gè)路徑?jīng)_突時(shí)，對(duì)檢查到路徑?jīng)_突的各個(gè)機(jī)器人增加約束條件，并將增加的約束條件輸入下層單機(jī)器人路徑規(guī)劃器，返回步驟S4；當(dāng)檢查到無(wú)路徑?jīng)_突時(shí)，輸出避障路徑；

所述約束條件用于避免此次檢查到的路徑?jīng)_突。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于阿克曼模型的移動(dòng)機(jī)器人避障路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述上層碰撞搜索樹(shù)包括二叉沖突樹(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于阿克曼模型的移動(dòng)機(jī)器人避障路徑規(guī)劃方法，其特征在于，步驟S5包括：

上層碰撞搜索樹(shù)匯總收到的各個(gè)移動(dòng)機(jī)器人的避障路徑，通過(guò)二叉沖突樹(shù)尋找各個(gè)移動(dòng)機(jī)器人的避障路徑之間是否存在路徑?jīng)_突的地方。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于阿克曼模型的移動(dòng)機(jī)器人避障路徑規(guī)劃方法，其特征在于，步驟S6包括下列步驟：

當(dāng)檢查到任意一個(gè)機(jī)器人在t時(shí)刻與另一個(gè)機(jī)器人發(fā)生路徑?jīng)_突時(shí)，給當(dāng)前二叉沖突樹(shù)生成兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)，一個(gè)子節(jié)點(diǎn)給沖突一方增加一個(gè)約束條件，并將增加的約束條件輸入下層單機(jī)器人路徑規(guī)劃器，返回步驟S4；當(dāng)檢查到無(wú)路徑?jīng)_突時(shí)，輸出避障路徑；所述約束條件限制沖突雙方機(jī)器人在t時(shí)刻互相接近。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于阿克曼模型的移動(dòng)機(jī)器人避障路徑規(guī)劃方法，其特征在于，步驟S6包括：

當(dāng)檢查到一個(gè)機(jī)器人與另一個(gè)機(jī)器人在t時(shí)刻發(fā)生路徑?jīng)_突時(shí)，給當(dāng)前二叉沖突樹(shù)生成兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)，一個(gè)機(jī)器人用ai表示，另一個(gè)機(jī)器人用aj表示，機(jī)器人ai在t時(shí)刻的所在區(qū)域用Cti表示，機(jī)器人aj在t時(shí)刻的所在區(qū)域用用Ctj表示，沖突用ai；aj；Cti；Ctj；t表示，對(duì)機(jī)器人ai產(chǎn)生約束(ai；Ctj；t)，對(duì)機(jī)器人aj產(chǎn)生約束(aj；Cti；t)，并將增加的約束(ai；Ctj；t)和(aj；Cti；t)輸入下層單機(jī)器人路徑規(guī)劃器，返回步驟S4；當(dāng)檢查到無(wú)路徑?jīng)_突時(shí)，輸出避障路徑；

所述約束(ai；Ctj；t)表示機(jī)器人ai從時(shí)間步t-δT到時(shí)間步t+δT避開(kāi)區(qū)域Ctj，所述約束(aj；Cti；t)表示機(jī)器人aj從時(shí)間步t-δT到時(shí)間步t+δT避開(kāi)區(qū)域Cti。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于阿克曼模型的移動(dòng)機(jī)器人避障路徑規(guī)劃方法，其特征在于，步驟S6中：約束(ai；Ctj；t)和(aj；Cti；t)在輸入下層單機(jī)器人路徑規(guī)劃器前，將Cti、Ctj乘以膨脹系數(shù)k；所述膨脹系數(shù)k為1-3。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于阿克曼模型的移動(dòng)機(jī)器人避障路徑規(guī)劃方法，其特征在于：

所述二叉沖突樹(shù)的擴(kuò)展方法為：當(dāng)最小成本的葉節(jié)點(diǎn)L從二叉沖突樹(shù)中彈出時(shí)，對(duì)屬于L的解決方案執(zhí)行沖突檢查。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于阿克曼模型的移動(dòng)機(jī)器人避障路徑規(guī)劃方法，其特征在于：所述下層單機(jī)器人路徑規(guī)劃器使用四維搜索空間(t；x；y；θ)對(duì)機(jī)器人避障路徑進(jìn)行規(guī)劃，x、y、θ是連續(xù)的，時(shí)間t是離散的。