[发明专利]用于移动机器人的轨迹规划方法及计算机程序产品

说明书

提出了一种用于移动机器人的轨迹规划方法，其根据确定的路径对移动机器人进行速度规划，以确定包含时间信息的规划轨迹，轨迹规划方法包括：确定移动机器人的至少两个驱动轮中的一个为受约束轮，使得只要受约束轮满足运动学和动力学约束，与受约束轮相配合地运动的其它驱动轮就会满足运动学和动力学约束；基于路径在满足受约束轮的运动学和动力学约束的情况下对受约束轮进行速度规划，以确定受约束轮的速度；以配合所确定的受约束轮的速度的方式，对其它驱动轮进行速度规划。提出了相应的计算机程序产品。通过本发明，提供了一种可供选择的用于移动机器人的轨迹规划方法，其尤其能够可靠地为移动机器人规划出满足运动学和动力学约束的轨迹。

技术领域

本发明涉及移动机器人领域、尤其是移动机器人的运动控制领域，具体涉及一种用于移动机器人的轨迹规划方法以及一种计算机程序产品。

背景技术

随着经济快速增长、人力成本逐渐上升，移动机器人越来越广泛地应用于各种工业和家庭环境中。例如，自动引导车(AGV)、自主移动机器人(AMR)、叉车等移动机器人是现代物流系统的关键设备之一。移动机器人能够根据规划好的路径和作业要求运动并停靠到目标地点，以完成物料搬运输送等任务。轨迹规划是移动机器人的运动控制中的关键。

在轨迹规划过程中，需要基于确定的路径为移动机器人进行速度规划。为了确定移动机器人在路径上的速度分布，并且尽可能地获得最优的运动轨迹，例如时间最短的运动轨迹，通常需要求解微分方程组。例如：在现有的算法中，在基于路径规划运动轨迹时，可定义以时间为优化目标的约束优化问题，同时考虑移动机器人的速度约束和加速度约束。对于具有多个驱动轮的移动机器人，还要考虑到各驱动轮之间的运动配合。这既需要占用较大的内存，又需要耗费相当大的计算量。

现有技术在对于移动机器人的路径规划方面仍然存在诸多不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的用于移动机器人的轨迹规划方法及相应的计算机程序产品，以以克服现有技术的至少一个不足。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于移动机器人的轨迹规划方法，其中，根据确定的路径对移动机器人进行速度规划，以确定使移动机器人能够沿着所述路径运动的包含时间信息的规划轨迹，所述轨迹规划方法包括：确定移动机器人的至少两个驱动轮中的一个为受约束轮，使得只要所述受约束轮满足运动学和动力学约束，与受约束轮相配合地运动的其它驱动轮就会满足运动学和动力学约束；基于所述路径在满足受约束轮的运动学和动力学约束的情况下对受约束轮进行速度规划，以确定受约束轮的速度；以配合所确定的受约束轮的速度的方式，对受约束轮之外的其它驱动轮进行速度规划。

“时间信息”表示能够表征移动机器人在路径上的位置与时间的关系的信息。由于路径是确定的，因此“时间信息”也能表征移动机器人在路径上的各位置处的速度。

在一个示例性实施例中，对受约束轮进行速度规划的过程中，受约束轮的速度被确定为使得受约束轮在任意点都具有满足其运动学和动力学约束并且满足所述路径的限制的情况下的最大的速度和最大的加速度中的一者。

在一个示例性实施例中，在对受约束轮进行速度规划的过程中，采用T形规划方法。

在一个示例性实施例中，运动学和动力学约束包括：驱动轮的速度的大小在针对所述驱动轮预定的极限轮速度以下；驱动轮的加速度的大小在针对所述驱动轮预定的极限轮加速度以下。

在一个示例性实施例中，对所述路径分区段地进行速度规划，对所述路径的至少一个区段分别执行下述步骤：针对作为所述区段的起点的第一控制点，根据所述区段的路径形状、各驱动轮在第一控制点处的运动状态以及驱动轮的运动学和动力学约束，确定所述至少两个驱动轮中的一个为所述区段中的受约束轮，所述受约束轮为：在所述区段中，根据所述区段的路径形状和各驱动轮在第一控制点处的运动状态，优先达到运动学或动力学约束的极限值的驱动轮；对受约束轮进行速度规划以确定受约束轮在所述区段内的速度；以配合所确定的受约束轮的速度的方式，确定所述其它驱动轮在区段内的速度。