[发明专利]基于麦克纳姆轮的移动机器人局部轨迹规划方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于麦克纳姆轮的移动机器人局部轨迹规划方法及系统。该方法包括：基于运动学约束和电机加减速性能约束，确定下一时刻移动机器人的速度搜索空间；基于所述速度搜索空间，进行速度采样，得到多组采样速度；基于轨迹预测运动方程，计算每组采样速度对应的下一时刻的运动轨迹；对每组采样速度对应的下一时刻的运动轨迹进行障碍物碰撞检测，筛选无碰撞运动轨迹；基于评价函数，确定所有无碰撞运动轨迹中最优的运动轨迹；将所有无碰撞运动轨迹中最优的运动轨迹确定为下一时刻所述移动机器人的运动轨迹。本发明可以提高基于麦克纳姆轮的移动机器人局部轨迹规划的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及移动机器人技术自主导航技术领域，特别是涉及一种基于麦克纳姆轮的移动机器人局部轨迹规划方法及系统。

背景技术

移动机器人自主导航路径规划可以分为基于全局静态环境的全局路径规划和基于局部传感器信息完成避障的局部轨迹规划方法。麦克纳姆轮运动模型具有完整性约束的特点，速度和角速度解耦，即其可以沿任意方向移动(线速度)的同时，随意转向(角速度)。现有的移动机器人的轨迹规划方法大多基于具有非完整性约束的机器人运动学模型，因此现有的轨迹规划方法不适用于基于麦克纳姆轮的移动机器人。而现有技术中，基于麦克纳姆轮的移动机器人局部轨迹规划通常采用人工势场和向量场直方图的方式，没有考虑机器人运动学和动力学约束，存在局部极小值问题，导致轨迹规划鲁棒性差。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于麦克纳姆轮的移动机器人局部轨迹规划方法及系统，以提高基于麦克纳姆轮的移动机器人局部轨迹规划的鲁棒性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于麦克纳姆轮的移动机器人局部轨迹规划方法，包括：

基于运动学约束和电机加减速性能约束，确定下一时刻移动机器人的速度搜索空间；

基于所述速度搜索空间，进行速度采样，得到多组采样速度；

基于轨迹预测运动方程，计算每组采样速度对应的下一时刻的运动轨迹；

对每组采样速度对应的下一时刻的运动轨迹进行障碍物碰撞检测，筛选无碰撞运动轨迹；

基于评价函数，确定所有无碰撞运动轨迹中最优的运动轨迹；

将所有无碰撞运动轨迹中最优的运动轨迹确定为下一时刻所述移动机器人的运动轨迹。

可选的，所述基于运动学约束和电机加减速性能约束，确定下一时刻移动机器人的速度搜索空间，具体包括：

基于所述运动学约束，确定下一时刻所述移动机器人在横向的第一最大线速度和第一最小线速度，以及在纵向的第一最大线速度和第一最小线速度；

基于所述电机加减速性能约束，结合当前时刻所述移动机器人的速度，确定所述移动机器人在横向的第二最大线速度和第二最小线速度，以及在纵向的第二最大线速度和第二最小线速度；

将所述移动机器人在横向的第一最大线速度和第二最大线速度中数值较小的线速度确定为下一时刻所述移动机器人在横向的速度搜索范围的上限值；

将所述移动机器人在横向的第一最小线速度和第二最小线速度中数值较大的线速度确定为下一时刻所述移动机器人在横向的速度搜索范围的下限值；

将所述移动机器人在纵向的第一最大线速度和第二最大线速度中数值较小的线速度确定为下一时刻所述移动机器人在纵向的速度搜索范围的上限值；

将所述移动机器人在纵向的第一最小线速度和第二最小线速度中数值较大的线速度确定为下一时刻所述移动机器人在纵向的速度搜索范围的下限值。

可选的，所述基于轨迹预测运动方程，计算每组采样速度对应的下一时刻的运动轨迹，具体包括：