[發明專利]機器人路徑的優化方法及裝置、電子設備

有效

• 申請號: 202211246426.6
• 申請日: 2022-10-12
• 公開（公告）號: CN115302520B
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發明（設計）人: 張亮;雷龍;周心其;熊偉成
• 申請（專利權）人: 深圳市智繪科技有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J13/00
• 代理公司: 深圳智匯遠見知識產權代理有限公司 44481
• 代理人: 趙爍

本發明公開了一種機器人路徑的優化方法及裝置、電子設備，其中，該方法包括：確定前端可行路徑，并劃分所述前端可行路徑的待求解空間，其中，所述待求解空間為部分約束的軌跡路徑范圍；計算所述軌跡路徑范圍的預通行時間；采用預通行時間構建所述待求解空間的優化目標矩陣和約束矩陣，其中，所述優化目標矩陣用于表征軌跡優化的最佳指標，所述約束矩陣用于表征軌跡優化滿足的約束條件；根據所述優化目標矩陣和所述約束矩陣在所述待求解空間中求解最優軌跡，并將所述最優軌跡確定為機器人的導航軌跡。通過本發明，解決了相關技術在復雜場景中求解光滑路徑的效率低的技術問題，提高了特殊應用場景下的適用性和魯棒性。

技術領域

本發明涉及計算機領域，具體而言，涉及一種機器人路徑的優化方法及裝置、電子設備。

背景技術

相關技術中，智能機器人，尤其是可移動智能機器人，其定位與導航功能是不可或缺基礎且核心的功能。導航功能為機器人提供了移動的方案，使得機器人具備了快速到達目標點執行相應任務的能力。但該功能同時又會受到運動動力學，傳動結構，電機能力的約束，因此機器人的移動方案，即軌跡規劃，需要綜合考慮到實際的物理和業務限制，才能為電機等執行機構提供合適的指令，讓機器人具有優秀的行動表現。例如幾乎在所有的實際使用中，機器人的避障功能都是至關重要的，機器人需要具備自然平滑的避開障礙物繼續工作的能力，這主要包含兩個要求：快速與滿足運動學要求。機器人需要能夠在確定障礙物后，快速的計算出新的軌跡規劃，同時要考慮到此時機器人的朝向，速度，自身加減速能力與轉向能力等約束，這在許多場景下都具有挑戰性。又比如對于一些有最小轉向半徑的機器人來說，軌跡的曲率不能過大，否則機器人將會極大的偏離預定軌道，不僅對控制和定位等功能帶來極大負擔，也有較高的安全隱患。軌跡規劃的目的即為規劃出一條滿足機器人動力學限制的可行移動方案，指導機器人在某時刻應當具備的姿態，速度，角速度等要求，這樣才能夠合理的到達目標點或者完成某種業務目的。

相關技術中，方法大致可以分為兩種，一種是將軌跡光滑與速度規劃分為兩步處理，另一種則是按照機器人的運動學能力將機器人的控制命令離散化，通過不斷迭代得到最終的軌跡方案。將軌跡規劃分為兩步的做法首先使用各種樣條曲線擬合前端生成的可行路徑，確定一種盡量滿足物理學約束的光滑的路徑，當路徑已知后，路徑在空間中的特性也被確定，基于這些特性，該做法確定在不同位置需要限制的速度，角速度等運動學參數，加之其他業務和實現的約束，得到適配該路徑的速度規劃，兩者結合即為完整的軌跡規劃。該方法的邏輯清晰，易于理解，但分為兩步的做法先天具備求解速度不快的缺點。此外，對前端路徑的光滑處理，很難預先考慮到整體速度的變化情況，往往只能考慮障礙物和曲率的限制，這極可能導致后期的速度規劃難度上升，甚至出現無解的情況。尤其許多光滑路徑的算法采用的是插值擬合的方法，只能在前端路徑周圍小范圍內調整，而大多數前端路徑僅考慮可通行性而不考慮可執行性，使得光滑處理對路徑優化的效果十分有限。而速度規劃如果基于已經固定的路徑計算個軌跡點的時刻與合適的速度等參數，計算量較高和難度也不低。整體最終得到的軌跡規劃效果卻不一定良好。將機器人的控制指令離散化的方式，根據機器人的運動學能力，將機器人的轉向和加減速的指令離散化為有限的個數，在整條路徑構成的狀態空間中確定合適的一套指令策略，使得機器人可以較為光滑且合適的到達目標點。但是顯而易見的是，隨著路徑的到目標點距離的增加，求解的難度與運算量也會成指數級的上升，這是離散化的指令在整個狀態空間中不斷迭代的結果。即使如一些算法一般，采取在線計算的方式，即走一步算一步，也對硬件提出了更高的要求，且實時性不高。

針對相關技術中存在的上述問題，目前尚未發現有效的解決方案。

發明內容

本發明實施例提供了一種機器人路徑的優化方法及裝置、電子設備。