[發明專利]一種基于移動機器人輪廓的安全運動規劃方法和裝置

在審

• 申請號: 202110647515.0
• 申請日: 2021-06-08
• 公開（公告）號: CN113741414A
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 李靜;王軍政;武慶斌;汪匯洋;汪首坤;趙江波;馬立玲;沈偉;李金倉
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 郭德忠

本發明公開了一種基于移動機器人輪廓的安全運動規劃方法和裝置，基于已有環境地圖信息、機器人定位信息進行軌跡規劃，獲得初始路徑。然后考慮機器人的運動學約束、兩點邊界值約束、流形約束，基于所述初始路徑進行路徑優化，完成機器人的運動規劃。本發明在構建軌跡規劃最優控制命題時充分考慮了移動機器人的輪廓及環境障礙物輪廓，通過施加無碰撞約束求解最優軌跡，安全高效，可大大降低移動機器人由運動規劃技術帶來的碰撞風險。

技術領域

本發明屬于移動機器人運動規劃領域，具體涉及一種基于移動機器人輪廓的安全運動規劃方法和裝置。

背景技術

運動規劃技術在自主導航技術中具有承上啟下的作用，上接環境地圖信息，下接跟蹤控制的實現，是自主導航功能實現的核心技術之一。然而，目前運動規劃技術常采用圖搜索方法、采樣方法等，通過將移動機器人簡化為一個質點，然后規劃出一條從起點到終點的路徑。現有方法雖然可以尋找到一條幾何路徑，但是不能在滿足運動學約束的條件下有效應對環境中的動態障礙物。除此以外，現有方法并沒有充分考慮移動機器人的輪廓與形狀，使得機器人在自主導航過程中存在一定的安全隱患。因此，設計一種符合機器人運動學約束且安全有效的運動規劃方法和裝置對于移動機器人的自主導航實現至關重要。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種基于移動機器人輪廓的安全運動規劃方法和裝置，能夠提升移動機器人運動規劃的安全性。

為了解決上述技術問題，本發明是這樣實現的。

一種基于移動機器人輪廓的安全運動規劃方法，包括：

基于已有環境地圖信息、機器人定位信息進行軌跡規劃，獲得初始路徑；

考慮機器人的運動學約束、兩點邊界值約束、流形約束，基于獲得的初始路徑進行路徑優化，完成機器人的運動規劃；

流形約束包括障礙物碰撞約束條件，具體為：將機器人的輪廓表示為凸多邊形，將障礙物的輪廓表示為一個以上的凸多邊形；在任意時刻，機器人凸多邊形輪廓的每個頂點均位于障礙物凸多邊形的外部，障礙物凸多邊形的每個頂點均位于機器人凸多邊形輪廓的外部。

進一步地，機器人凸多邊形輪廓的頂點位于障礙物凸多邊形的外部，障礙物凸多邊形的頂點位于機器人凸多邊形輪廓的外部的判斷方式為：

設頂點為p_v，凸多邊形T由頂點V₁…V_n組成；判斷頂點為p_v是否在凸多邊形T外部的方式為：以頂點p_v依次向頂點V₁…V_n做連線，n條連線組成n個三角形，表示為p_vV_nV₁、p_vV_kV_k+1，k＝1,2,...,n-1；如果n個三角形的總面積大于凸多邊形T的面積，則判定頂點p_v在凸多邊形T的外部。

進一步地，兩點邊界值約束包括起點約束和終點約束兩部分：

起點約束表示為：

終點約束表示為：

且