[发明专利]机器人路径的优化方法及装置、电子设备

说明书

本发明公开了一种机器人路径的优化方法及装置、电子设备，其中，该方法包括：确定前端可行路径，并划分所述前端可行路径的待求解空间，其中，所述待求解空间为部分约束的轨迹路径范围；计算所述轨迹路径范围的预通行时间；采用预通行时间构建所述待求解空间的优化目标矩阵和约束矩阵，其中，所述优化目标矩阵用于表征轨迹优化的最佳指标，所述约束矩阵用于表征轨迹优化满足的约束条件；根据所述优化目标矩阵和所述约束矩阵在所述待求解空间中求解最优轨迹，并将所述最优轨迹确定为机器人的导航轨迹。通过本发明，解决了相关技术在复杂场景中求解光滑路径的效率低的技术问题，提高了特殊应用场景下的适用性和鲁棒性。

技术领域

本发明涉及计算机领域，具体而言，涉及一种机器人路径的优化方法及装置、电子设备。

背景技术

相关技术中，智能机器人，尤其是可移动智能机器人，其定位与导航功能是不可或缺基础且核心的功能。导航功能为机器人提供了移动的方案，使得机器人具备了快速到达目标点执行相应任务的能力。但该功能同时又会受到运动动力学，传动结构，电机能力的约束，因此机器人的移动方案，即轨迹规划，需要综合考虑到实际的物理和业务限制，才能为电机等执行机构提供合适的指令，让机器人具有优秀的行动表现。例如几乎在所有的实际使用中，机器人的避障功能都是至关重要的，机器人需要具备自然平滑的避开障碍物继续工作的能力，这主要包含两个要求：快速与满足运动学要求。机器人需要能够在确定障碍物后，快速的计算出新的轨迹规划，同时要考虑到此时机器人的朝向，速度，自身加减速能力与转向能力等约束，这在许多场景下都具有挑战性。又比如对于一些有最小转向半径的机器人来说，轨迹的曲率不能过大，否则机器人将会极大的偏离预定轨道，不仅对控制和定位等功能带来极大负担，也有较高的安全隐患。轨迹规划的目的即为规划出一条满足机器人动力学限制的可行移动方案，指导机器人在某时刻应当具备的姿态，速度，角速度等要求，这样才能够合理的到达目标点或者完成某种业务目的。

相关技术中，方法大致可以分为两种，一种是将轨迹光滑与速度规划分为两步处理，另一种则是按照机器人的运动学能力将机器人的控制命令离散化，通过不断迭代得到最终的轨迹方案。将轨迹规划分为两步的做法首先使用各种样条曲线拟合前端生成的可行路径，确定一种尽量满足物理学约束的光滑的路径，当路径已知后，路径在空间中的特性也被确定，基于这些特性，该做法确定在不同位置需要限制的速度，角速度等运动学参数，加之其他业务和实现的约束，得到适配该路径的速度规划，两者结合即为完整的轨迹规划。该方法的逻辑清晰，易于理解，但分为两步的做法先天具备求解速度不快的缺点。此外，对前端路径的光滑处理，很难预先考虑到整体速度的变化情况，往往只能考虑障碍物和曲率的限制，这极可能导致后期的速度规划难度上升，甚至出现无解的情况。尤其许多光滑路径的算法采用的是插值拟合的方法，只能在前端路径周围小范围内调整，而大多数前端路径仅考虑可通行性而不考虑可执行性，使得光滑处理对路径优化的效果十分有限。而速度规划如果基于已经固定的路径计算个轨迹点的时刻与合适的速度等参数，计算量较高和难度也不低。整体最终得到的轨迹规划效果却不一定良好。将机器人的控制指令离散化的方式，根据机器人的运动学能力，将机器人的转向和加减速的指令离散化为有限的个数，在整条路径构成的状态空间中确定合适的一套指令策略，使得机器人可以较为光滑且合适的到达目标点。但是显而易见的是，随着路径的到目标点距离的增加，求解的难度与运算量也会成指数级的上升，这是离散化的指令在整个状态空间中不断迭代的结果。即使如一些算法一般，采取在线计算的方式，即走一步算一步，也对硬件提出了更高的要求，且实时性不高。

针对相关技术中存在的上述问题，目前尚未发现有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种机器人路径的优化方法及装置、电子设备。