[发明专利]一种非平坦地形下的机器人运动基元库构建方法及装置

说明书

本发明公开了一种非平坦地形下的机器人运动基元库构建方法及装置，涉及机器人路径规划技术领域。包括：获取机器人的参数；将参数输入到构建好的非平坦地形运动基元库构建模型；根据参数以及非平坦地形运动基元库构建模型，得到非平坦地形下的机器人运动基元库。本发明提供一种应用于非平坦地形下的机器人运动基元库构建方法，本发明生成在机器人容许爬坡角度范围内不同坡度下满足其运动学约束的运动基元，从而构建适用于非平坦地形下路径规划的运动基元库。本发明计算过程简单，可适用于差速转向、阿克曼转向和全向转向驱动的地面移动机器人。

技术领域

本发明涉及机器人路径规划技术领域，特别是指一种非平坦地形下的机器人运动基元库构建方法及装置。

背景技术

路径规划问题可以抽象为给定机器人的模型、环境地图模型、起始状态和目标状态，利用相关的路径规划算法搜索获得一条无碰撞最优路径，它是实现机器人自主导航的基本前提。运动基元是指根据机器人自身约束条件在有限时间内生成的轨迹。作为机器人运动学约束的抽象表征，在路径搜索过程中运动基元定义了搜索状态空间中节点之间的连接关系，实时、高效、合理的运动基元不仅能极大地提升路径规划的效率，更能保证所生成路径的可执行性。

常见的运动基元多为4连接、8连接或者16连接的离散栅格连接，这种连接关系仅考虑了节点的位置信息，因此，采用这种运动基元所规划生成的路径点航向不连续，导致在机器人进行路径跟踪控制时容易发生陷入局部极小或者路径跟踪困难等问题。通过考虑机器人的位置、航向、速度和轨迹曲率等运动约束，构建机器人的运动学模型，进而离线采样生成机器人可执行的运动基元是目前较为常用的方法。这种运动基元确定了机器人在路径搜索过程中节点与节点之间更为平滑、合理和可执行的连接关系，但其仅适用于二维平坦地形环境，无法用于解决高低起伏的非平坦地形下的路径规划问题。

申请号为201610348356.3的中国专利公开了一种基于动态运动基元学习模型的移动机器人路径规划方法，该方法采用手柄控制机器人运动，记录机器人的运动轨迹作为动态运动基元模型的样本，通过建立动态运动基元模型，利用轨迹样本进行训练获得动态运动基元模型参数。然而，这种方法所述的运动基元生成过程复杂耗时，且受人为操作水平影响较大。申请号为201710437505.8的中国专利公开了一种基于运动基元库的带电作业机械臂自主避障路径规划方法，该方法建立机械臂完整运动学模型，分类设计运动基元库，之后为各类库设计相应运动基元作为库成员，这种方法并不适用于移动机器人。申请号为202010136047.6的中国专利公开了一种类人驾驶的运动基元库的构建方法，该方法通过采集在有人驾驶情况下的智能车辆位置、航向和速度等数据，按照航向变化过零点作为数据分割点，将轨迹数据进行分割，从而获得不同属性的运动基元集，这种方法仅适用于二维平坦环境，而所生成的运动基元具有一定的局限性，无法包含所有可执行的运动基元。

发明内容

本发明针对如何生成在机器人容许爬坡角度范围内不同坡度下满足其运动学约束的运动基元，从而构建适用于非平坦地形下路径规划的运动基元库的问题，提出了本发明。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种非平坦地形下的机器人运动基元库构建方法，该方法由电子设备实现，该方法包括：

S1、获取机器人的参数。

S2、将参数输入到构建好的非平坦地形运动基元库构建模型。

S3、根据参数以及非平坦地形运动基元库构建模型，得到非平坦地形下的机器人运动基元库。

可选地，S3中的根据参数以及非平坦地形运动基元库构建模型，得到非平坦地形下的机器人运动基元库包括：

S31、根据机器人的参数，计算得到机器人的爬坡角度范围。

S32、获取平坦地形下运动基元的构建方法。