[發明專利]基于時間優化的多機器人復雜交錯軌跡規劃方法及系統

有效

• 申請號: 202110556856.7
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113156977B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 周樂來;張辰;李貽斌;隋明君;肖飛;吳舉名;孫業鎮;宋銳;田新誠
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 黃海麗

本發明公開了基于時間優化的多機器人復雜交錯軌跡規劃方法及系統，包括：獲取每個機器人的若干條已知運動路徑；基于所有機器人的若干條已知運動路徑，構建包含所有機器人的高維空間；建立路程?時間二維空間中的障礙物的約束條件、速度約束條件和加速度約束條件；構建時間優化目標函數；目標函數是指所有機器人達到目標位置的最大耗時最短；針對高維空間、約束條件和目標函數，進行求解，得到最優值；所述最優值即機器人沿著路徑的移動距離對時間的函數曲線；根據所述函數曲線，對每個機器人進行軌跡引導。本發明簡潔高效，尤其適用于多個移動機器人在狹小環境和密集目的地場景中的協調控制。

技術領域

本發明涉及軌跡規劃技術領域，特別是涉及基于時間優化的多機器人復雜交錯軌跡規劃方法及系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提到了與本發明相關的背景技術，并不必然構成現有技術。

在多移動機器人協同作業過程中，多機器人沿規劃的軌跡獨立并行地向各自目標位置運動。在運動過程中存在以下幾個問題：

1、沖突問題：當多個機器人在同一時刻到達同一位置時，多者之間發生沖撞，易導致設備損壞，影響任務的正常執行。

2、時間最優：所有機器人到達指定位置的總耗時應盡可能短，以提高多機器人系統運行效率。

3、到達目標位置的順序問題：針對目標位置密集排列的任務場景，某機器人就位之后會阻斷其它機器人的運動軌跡，導致其它機器人無法到達指定位置。

4、運動學約束：機器人運動需要滿足速度范圍限制和加速度范圍限制，同時速度不能突變。

在多機器人運動軌跡復雜交錯的情況下，以上問題尤為突出。

針對以上問題，現有技術主要包括優化類方法、時間-速度方法、速度障礙物法等。優化類方法構建約束和目標函數，通過求解優化問題解決以上問題。在優化類方法中，將多機器人沖突構建為非凸約束，采用泰勒展開、Bernstein多項式凸包屬性等方法將非凸約束進行凸化和線性化，降低維度。時間-速度方法通過調整機器人到達沖突點的時間，采用加速或暫停等待的方式調解多機器人沖突。速度障礙物法通過速度半平面劃分，為機器人實時選擇可行速度以防止沖突。由于多機器人沖突約束的非凸性，優化類方法需要解決一個非凸非線性優化問題，求解難度大，耗時長；時間-速度方法難以獲得全局最優或次優結果；速度障礙物法實時計算，速度快，但是缺乏全局軌跡的規劃。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本發明提供了基于時間優化的多機器人復雜交錯軌跡規劃方法及系統；

第一方面，本發明提供了基于時間優化的多機器人復雜交錯軌跡規劃方法；

基于時間優化的多機器人復雜交錯軌跡規劃方法，包括：

獲取每個機器人的若干條已知運動路徑；基于所有機器人的若干條已知運動路徑，構建包含所有機器人的高維空間；

建立路程-時間二維空間中的障礙物的約束條件、速度約束條件和加速度約束條件；

構建時間優化目標函數；目標函數是指所有機器人達到目標位置的最大耗時最短；

針對高維空間、約束條件和目標函數，進行求解，得到最優值；所述最優值即機器人沿著路徑的移動距離對時間的函數曲線；

根據所述函數曲線，對每個機器人進行軌跡引導。

第二方面，本發明提供了基于時間優化的多機器人復雜交錯軌跡規劃系統；

基于時間優化的多機器人復雜交錯軌跡規劃系統，包括：

獲取模塊，其被配置為：獲取每個機器人的若干條已知運動路徑；基于所有機器人的若干條已知運動路徑，構建包含所有機器人的高維空間；