[发明专利]一种分阶段的轮式机器人移动路径规划方法

说明书

本发明公开一种分阶段的轮式机器人移动路径规划方法，将轮式机器人从一个已知的初始全状态转变到一个已知的目标全状态的这个过程划分为三个阶段，进行规划控制，速度压制阶段在轮式机器人当前速度方向与当前目标位置方向不一致时，压制速度并调整方向，以尽快朝着目标方向移动；直线段阶段中，直线路径与小圆弧路径相切，以尽可能直线向着目标切点接近，同时控制到达的速度与姿态；小圆弧段阶段中利用最大离心加速度限制圆弧路径的半径，使得轮式机器人沿着此圆弧形路径接近目标并且以期望的角度切入目标。本发明不仅能够实现轮式机器人全状态的改变，并且对周遭环境没有空间大小方面的要求，具有较强的普适性和稳定性。

技术领域

本发明属于机器人运动控制技术领域，具体涉及一种分阶段的轮式机器人移动路径规划方法。

背景技术

随着工业自动化的不断发展，诸如智能小车、移动机器人等轮式机器人在日常生活中的应用也越来越广泛，引导运动主体的移动，已经不仅仅是位置的移动，更包括姿态和速度的改变。高效且稳定的移动方式是后续上层工作的基础，如何能够便捷并且流畅的完成移动过程一直以来都是争相探讨的话题。

为了解决初、末全状态改变中，末速度方向与初、末位置矢量方向不一致的问题，通常情况下是通过一段从起始点到目标点，并且与始末速度方向相切的大圆弧路径完成的。这种方式只有一个过程，相对简单，但是，沿着大圆弧段路径行进，所需的空间太大，对于环境空间有一定的要求，条形空间或较窄的环境下无法使用，正是由于这一弊端，迫切的需要一种更具有普适性的移动方法，本文就是基于这一点，提出了新的移动路径规划方法，可以很好的解决以上问题。

另一方面，本方法能够同步改变姿态、速度、位置，与目前广为采用的将姿态转变、位置转变、速度转变独立依次完成的方法相区别，本方法更加流畅快速。

其次，移动系统的部件控制延迟会导致行进路径产生偏离。如，当轮式机器人本身就具有较大的速度，设置轮式机器人进行转向并且从初始位置到达设定值的这一过程是需要时间的，在这个过程中路径将产生一个较大的偏离，如果没有得到很好的处理，当偏差较大时，可能导致无法到达预设目标状态，甚至轮式机器人失控。本文就这一问题，提出了速度压制方案，可以有效的削弱转向渐变产生的偏离。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，在已知独立控制车轮方向和速度大小的轮式机器人可以实现位置、速度、姿态的同步改变，并且车轮不会侧向横移的前提下，本发明提供一种分阶段的轮式机器人移动路径规划方法，核心技术就是创新性的采用直线+小圆弧的移动路径，从而能够快速平稳的引导移动主体朝着预定的目的进行位置、速度、姿态改变，同时综合考虑了系统部件延迟，提高了各种情景下的适应性、稳定性。

本发明所采用的技术方案提供一种分阶段的轮式机器人移动路径规划方法，将轮式机器人从一个已知的初始全状态转变到一个已知的目标全状态的这个过程划分为以下三个阶段，进行规划控制，所述轮式机器人的全状态包括轮式机器人的位置、速度和姿态，

1)速度压制阶段，该阶段在轮式机器人当前速度方向与当前目标位置方向不一致时，压制速度并调整方向，以尽快朝着目标方向移动；

2)直线段阶段，该阶段直线路径与小圆弧路径相切，以尽可能直线向着目标切点接近，同时控制到达的速度与姿态；

3)小圆弧段阶段，该阶段利用最大离心加速度限制圆弧路径的半径，使得轮式机器人沿着此圆弧形路径接近目标并且以期望的角度切入目标。

而且，不断修正进行移动路径规划，包括每历元根据当前时刻位置、速度和姿态，判断执行对应阶段的处理，直到最终到达目标状态。

而且，不断修正进行移动路径规划，采用以下流程实现，

步骤S1，输入主体的起始状态以及目标状态，分别包括位置、速度、姿态三类信息；