[发明专利]一种移动机器人队列系统及路径规划、跟随方法

说明书

本发明公开了一种移动机器人队列系统及路径规划、跟随方法，包括多个机器人和一个上位机，每个机器人通过第一通讯模块与上位机进行通讯；各个机器人之间通过第二通讯模块进行相互通讯；所述的上位机可指定任意一个或者多个机器人作为领航机器人，其余的移动机器人作为跟随机器人；所述的领航机器人通过自身携带的感知模块和第二通讯模块得到的环境信息进行路径规划；跟随机器人通过自身携带的定位模块获得自己与领航机器人的位置关系，实现跟随；所述的上位机通过设定领航机器人与跟随机械人之间的距离实现领航机器人和跟随机器人之间的队形变换。

技术领域

本发明属于多机器人路径规划和避障领域，主要涉及一种机器人队列的移动路径规划和避障方法，主要应用于医疗领域，军事行动，工业生产及灾后重建。

背景技术

近些年在工业生产和灾后重建等一些应用中，机器人队列的高效工作引起了人们重视，机器人队列的前景变得光明起来，但是在应用过程中仍存在许多的问题。

首先，移动机器人队列在运行过程中的同步问题是研究的重点问题，同步是实现机器人队列的基础，比较常见的方法有基于行为法，领航跟随法和虚拟结构法等，例如：在CN201310402941.3中公开了一种基于跟随领航者编队的多移动机器人控制系统，包括实验环境图像采集模块、上位机定位模块、车式移动机器人组、通信模块、控制算法模块。其中所述实验环境图像采集模块，将用于采集多个移动机器人编队实验环境的视频图像；所述上位机定位模块，通过摄像头标定的坐标系，运用图像处理算法实时计算每个机器人的绝对位置信息；所述车式移动机器人组，由多个单体移动小车组成，自主决策完成编队任务；所述通信模块，通过无线通信方式进行数据交互以及信息共享；所述控制算法模块，基于领航跟随的编队算法协调和控制整个系统完成编队任务。但是该系统存在以下问题：

该系统采用工业摄像头获得机器人图像信息，以此得到机器人的位姿，应用条件苛刻，且获取的位姿信息准确度不够。该系统只能在室内特殊条件下使用，无法在室外和长距离作业情况下使用，具有很大的局限性。

其次，移动机器人在到达目标点过程中要找到最优的路径，传统的移动机器人路径规划是将移动机器人看作是一个质点来进行分析，而移动机器人队列则是多个目标的行进，需要整个机器人队列同步运动；这种方式存在的问题是：

机器人队列在运动过程中要保持队形，单个机器人的路径规划无法在运动过程中保持队形。对于体积小于队列间距的障碍物，容易引起机器人避障，机器人队列也应可以顺利通过。

最后，移动机器人队列在运行过程中面对障碍物和突发状况时，需要在避障的同时保持机器人队列，例如在专利CN201310402941.3中公开了一种面向多移动机器人系统的模糊编队及避障方法，首先领航机器人检测运行的前向区域是否有障碍物；如果无，则按原来队形继续运行；如果有，则多移动机器人系统进入避障状态，然后以广播的形式告知所有跟随机器人；最后跟随机器人根据存储的不同队形信息以及领航机器人广播的信息切换队形，并确定在编队队形中的位置；重复上述过程。本发明采用模糊编队及避障控制方法实现未知环境下的多移动机器人编队功能，并能有效的避开障碍物运行。但是该方法采用的是一种基于领航机器人方法，主要依靠一个功能齐全的机器人作为领航机器人，上位机无法对机器人队列实现有效的监测和控制。当领航机器人出现故障时就会导致队列出现误差，而当领航机器人无法工作时，整个队列也将无法工作。因此，该方法的可靠性和稳定性都较差，无法应对复杂环境和意外状况。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提出一种用于移动机器人队列的路径规划和避障的方法，可以使移动机器人队列保持同步运动，并且每个个体的运动都不受到影响，还可以实现机器人队列的变化，同时在行进过程中可以对路径上的障碍物进行有效的避障，较少机器人的损耗。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：