[发明专利]基于时间优化的多机器人复杂交错轨迹规划方法及系统

说明书

本发明公开了基于时间优化的多机器人复杂交错轨迹规划方法及系统，包括：获取每个机器人的若干条已知运动路径；基于所有机器人的若干条已知运动路径，构建包含所有机器人的高维空间；建立路程‑时间二维空间中的障碍物的约束条件、速度约束条件和加速度约束条件；构建时间优化目标函数；目标函数是指所有机器人达到目标位置的最大耗时最短；针对高维空间、约束条件和目标函数，进行求解，得到最优值；所述最优值即机器人沿着路径的移动距离对时间的函数曲线；根据所述函数曲线，对每个机器人进行轨迹引导。本发明简洁高效，尤其适用于多个移动机器人在狭小环境和密集目的地场景中的协调控制。

技术领域

本发明涉及轨迹规划技术领域，特别是涉及基于时间优化的多机器人复杂交错轨迹规划方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提到了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

在多移动机器人协同作业过程中，多机器人沿规划的轨迹独立并行地向各自目标位置运动。在运动过程中存在以下几个问题：

1、冲突问题：当多个机器人在同一时刻到达同一位置时，多者之间发生冲撞，易导致设备损坏，影响任务的正常执行。

2、时间最优：所有机器人到达指定位置的总耗时应尽可能短，以提高多机器人系统运行效率。

3、到达目标位置的顺序问题：针对目标位置密集排列的任务场景，某机器人就位之后会阻断其它机器人的运动轨迹，导致其它机器人无法到达指定位置。

4、运动学约束：机器人运动需要满足速度范围限制和加速度范围限制，同时速度不能突变。

在多机器人运动轨迹复杂交错的情况下，以上问题尤为突出。

针对以上问题，现有技术主要包括优化类方法、时间-速度方法、速度障碍物法等。优化类方法构建约束和目标函数，通过求解优化问题解决以上问题。在优化类方法中，将多机器人冲突构建为非凸约束，采用泰勒展开、Bernstein多项式凸包属性等方法将非凸约束进行凸化和线性化，降低维度。时间-速度方法通过调整机器人到达冲突点的时间，采用加速或暂停等待的方式调解多机器人冲突。速度障碍物法通过速度半平面划分，为机器人实时选择可行速度以防止冲突。由于多机器人冲突约束的非凸性，优化类方法需要解决一个非凸非线性优化问题，求解难度大，耗时长；时间-速度方法难以获得全局最优或次优结果；速度障碍物法实时计算，速度快，但是缺乏全局轨迹的规划。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了基于时间优化的多机器人复杂交错轨迹规划方法及系统；

第一方面，本发明提供了基于时间优化的多机器人复杂交错轨迹规划方法；

基于时间优化的多机器人复杂交错轨迹规划方法，包括：

获取每个机器人的若干条已知运动路径；基于所有机器人的若干条已知运动路径，构建包含所有机器人的高维空间；

建立路程-时间二维空间中的障碍物的约束条件、速度约束条件和加速度约束条件；

构建时间优化目标函数；目标函数是指所有机器人达到目标位置的最大耗时最短；

针对高维空间、约束条件和目标函数，进行求解，得到最优值；所述最优值即机器人沿着路径的移动距离对时间的函数曲线；

根据所述函数曲线，对每个机器人进行轨迹引导。

第二方面，本发明提供了基于时间优化的多机器人复杂交错轨迹规划系统；

基于时间优化的多机器人复杂交错轨迹规划系统，包括：

获取模块，其被配置为：获取每个机器人的若干条已知运动路径；基于所有机器人的若干条已知运动路径，构建包含所有机器人的高维空间；