[发明专利]一种滚动多面体张拉整体机器人的综合代价最优路径规划方法

说明书

本发明属于机器人路径规划技术领域，公开了一种滚动多面体张拉整体机器人的综合代价最优路径规划方法，根据机器人的滚动行进方式与多面体构型特征，预先确定机器人可能的位置、运动路径，获得机器人可能位置、路径图；根据机器人可能位置、路径图，以及地形环境特征，以有向图G＝(V,H)的形式建立路径规划模型，并确定出发点与目标点；运用图论中求两点间最短路径的算法求综合代价最小的路径。本发明适用于以滚动为行进方式的多面体构型的张拉整体机器人，并且综合考虑了距离、地形等因素对路径规划决策的影响，执行图论中求两点间最短路径的算法求得综合代价最小的路径，方法具有有效性和可靠性，并且规划结果在机器人离线状态下仍适用。

技术领域

本发明涉及机器人路径规划技术领域，尤其涉及一种以滚动为行进方式的多面体构型张拉整体机器人的路径规划方法。

背景技术

张拉整体是一种由受拉索和受压杆组成的预应力自平衡体系，其在驱动器驱动下能够在保持系统自平衡的情况下实现结构的形态变化，进而实现重心水平投影偏离底部支撑面发生滚动的运动方式。例如，公告号为CN207809567U的中国发明专利，公开了一种六杆三十索的柔性张拉整体机器人，其通过直线电机的驱动实现张拉整体机器人的滚动运动。事实上，张拉整体机器人由于其出色的运动能力，较高的系统鲁棒性以及相对低的制造成本，可作为抢险救灾探测机器人、月球表面行进机器人应用于相应的场景。

张拉整体结构由于其多面体的构型形式以及滚动的行进方式，运动时在单步距离、滚动方向上均呈现出离散性，这使得传统的连续路径规划方法不适用于滚动多面体张拉整体机器人。因此，针对于以滚动为行进方式的多面体构型的张拉整体机器人，合适的路径规划方法成为其推广应用前的必要技术。

发明内容

本发明的目的是为以滚动为行进方式的多面体构型张拉整体机器人提供一种综合代价最小的路径规划方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：本发明涉及的张拉整体机器人为以滚动为行进方式，且为多面体构型的张拉整体机器人，根据机器人的滚动行进方式与多面体构型特征，预先确定机器人可能的位置与运动路径，获得机器人可能位置、路径图；根据机器人可能的运动路径与位置，以及地形环境特征，以有向图G＝(V,H)的形式建立路径规划模型，并确定出发点与目标点；运用图论中求两点间最短路径的算法求综合代价最小的路径。具体过程如下：

根据机器人的滚动行进方式与多面体构型特征，在几何上将机器人表面展开，并在规划范围内对表面展开图进行扩展，预先确定机器人可能的位置与运动路径；

以表面图上多边形形心代表机器人可能位置节点，以多边形之间的相邻关系为位置节点的连接关系，获得机器人的可能位置、路径图；

根据机器人的可能位置、路径图，以有向图G＝(V,H)的形式建立机器人路径规划模型，其中V为节点矩阵，H为代价矩阵，并确定出发点与目标点；

运用图论中求两点间最短路径的算法求综合代价最小的路径，即为路径规划结果。

进一步地，以机器人支撑面形心代表机器人位置节点，对机器人可能的位置节点进行编号，获得位置节点矩阵V。

进一步地，根据给定位置节点之间的几何和拓扑关系，以及地形环境特征，确定代价矩阵H。

进一步地，所述规划方法还包括：

以有向图G＝(V，H)的形式建立机器人路径规划模型过程中，将环境中位置节点间距离、地形特点分别用距离矩阵E和地形矩阵A表示；

当不考虑地形环境对路径规划的影响时，代价矩阵H即为距离矩阵E；

当考虑地形环境对路径规划的影响时，代价矩阵H为距离矩阵E和地形矩阵A的Hadamard乘积。