[发明专利]一种非对称各项异性的全方位移动机器人的路径规划方法

说明书

本发明提供一种非对称各项异性的全方位移动机器人的路径规划方法，包括栅格地图，栅格地图上标记有障碍物和自由空间;运动基元，运动基元表示一段微小路径；通过碰撞检测算法计算运动基元与栅格地图上标记的障碍物的重叠状况，从而得到Lattice网格地图；然后通过图搜索算法得到规划路径。本发明实现了lattice网格图从轮式车辆到全方位移动机器人的拓展。不再局限于只有前进和旋转，而没有侧移运动的状况，从而在充分发挥全方位移动能力的前提下，达到了轮式车辆的移动效率。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，特别涉及一种移动机器人的路径规划方法。

背景技术

全方位移动机器人是一种能够向任意方向运动的移动机器人，与一般的差动轮式车辆有所不同，其不但可以前进、后退和旋转，还能够侧向移动，以及实现这些基本运动的任意组合。由于其运动的灵活性，全方位移动机器人逐步应用于工业自动化生产线，承担着物料转运的功能。

目前多数用于工业环境下的全方位移动机器人采用固定的工作流程和预订的跟随路径，例如采用巡线方式工作。这种移动方法虽然稳定可靠，但不能充分发挥全方位移动的避障潜力，也难以适应日益复杂的现场环境。为此，全方位移动机器人需要具有自动的路径规划功能，能够依据当前的工作环境动态的生成路径。

路径规划是移动机器人的基本技术问题，特别针对全方位移动机器人，较为常用的方法是仅考虑二维构型空间，将机器人抽象为构型空间中的一点，采用启发式搜索算法如A*，D*等，以躲避环境障碍物为目标，求解以栅格坐标序列表示的路径。另一种方法是构造一种人工势场，即假定目标点产生吸引力，障碍物产生排斥力，从而形成一种类似于电场或磁场的势场，当机器人沿着势能降低的方向运动，即可躲避障碍物到达目标位置。

这些现有的路径规划方法均不考虑机器人在各个方向上运动能力的差异，常常产生频繁的姿态朝向变化，机器人需要在这些急转弯处停止前进，并原地旋转，而难以考虑机器人姿态朝向变化时的代价。现有方法虽然能够用于机器人完成障碍物躲避的任务，但不利于机器人运动效率的提升。

另一方面由于汽车自动驾驶的技术驱动，具有汽车式的轮式移动车辆的运动规划方法近年来得到充分的发展，但由于这种车辆仅能完成前进、后退，以及带有转向的圆周运动，难以完成全方位移动机器人的侧向移动，因此其路径规划方法难以直接应用于全方位移动机器人。本发明则将轮式车辆式移动机器人基于lattice网格的图搜索路径规划方法，拓展到各向异性全方位移动机器人的领域，从而易于运动效率的优化和速度的提升。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，因此本发明将lattice状态网格图拓展至兼有前进、侧移、旋转的全方位移动机器人领域，从而在能够充分利用全方位移动能力的前提下，充分考虑运动的各项异性特点，提升这一类机器人规划所生成路径的移动效率和速度。

本发明的具体方案为：拓展差动轮式车辆和四轮车辆的lattice网格图构造方法，使得lattice网格图内部的基本单元即运动基元支持全方位移动。

一种非对称各项异性的全方位移动机器人的路径规划方法，其特征在于：包括栅格地图，栅格地图上标记有障碍物和自由空间，以及运动基元，运动基元表示一段微小路径；通过碰撞检测算法计算运动基元与栅格地图上标记的障碍物的重叠状况，得到Lattice网格地图；Lattice网格地图为将机器人的工作空间划分为栅格，移动路径为可行运动连接的任意两个栅格点之间，起始格点、终止格点以及连接两者的曲线一同构成了一个运动基元，运动基元不断延伸和拓展从而构成lattice网格地图；路径规划即从网格地图中搜索到一条自起点至终点的连续无碰运动基元的序列，通过图搜索算法得到规划路径。

运动基元包括基本基元、第一类基元和第二类基元，同一种多段运动基元能够构造为平滑的路径，在基元前后连接位置，位置曲线和姿态角曲线均光滑可导。

所述基本基元为前进、后退、侧移、原地旋转一个栅格单位的运动基元。