[发明专利]一种基于移动机器人轮廓的安全运动规划方法和装置

权利要求书

1.一种基于移动机器人轮廓的安全运动规划方法，其特征在于，包括：

基于已有环境地图信息、机器人定位信息进行轨迹规划，获得初始路径；

考虑机器人的运动学约束、两点边界值约束、流形约束，基于所述初始路径进行路径优化，完成机器人的运动规划；

所述流形约束包括障碍物碰撞约束条件，具体为：将机器人的轮廓表示为凸多边形，将障碍物的轮廓表示为一个以上的凸多边形；在任意时刻，机器人凸多边形轮廓的每个顶点均位于障碍物凸多边形的外部，障碍物凸多边形的每个顶点均位于机器人凸多边形轮廓的外部。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机器人凸多边形轮廓的顶点位于障碍物凸多边形的外部，障碍物凸多边形的顶点位于机器人凸多边形轮廓的外部的判断方式为：

设顶点为p_v，凸多边形T由顶点V₁…V_n组成；判断顶点为p_v是否在凸多边形T外部的方式为：以顶点p_v依次向顶点V₁…V_n做连线，n条连线组成n个三角形，表示为p_vV_nV₁、p_vV_kV_k+1，k＝1,2,…,n-1；如果n个三角形的总面积大于凸多边形T的面积，则判定顶点p_v在凸多边形T的外部。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两点边界值约束包括起点约束和终点约束两部分：

起点约束表示为：

终点约束表示为：

且

其中，x_m(t)和y_m(t)表示机器人在t时刻的位置信息，v_m(t)和a_m(t)分别代表机器人在t时刻运动的速度和加速度信息；θ_m(t)为机器人在t时刻的偏航角信息；δ_m(t)和ω_m(t)分别表示机器人轮子在t时刻的转向角和转向角速度；t_f表示停止时刻；(x_m0,y_m0)表示机器人在初始时刻的位置坐标信息，θ_m0代表机器人在初始时刻的偏航角方向信息，v_m0和δ_m0分别为机器人在初始时刻的速度和转向角信息；(x_mf,y_mf)代表机器人停止时刻的位置坐标信息，且θ_mf表示机器人停止时刻的偏航角方向信息。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流形约束进一步包括运动能力极值约束：

其中，v_m(t)和a_m(t)分别代表机器人在t时刻运动的速度和加速度信息，δ_m(t)和ω_m(t)分别表示机器人轮子在t时刻的转向角和转向角速度；v_max为机器人在整个运动过程中运动速度的最大值，δ_max为机器人在整个运动过程中轮子的转向角所能达到的最大值，a_max和ω_max分别表示机器人在整个运动过程中加速度和轮子转向角速度的最大值。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于已有环境地图信息、机器人定位信息进行轨迹规划，获得初始路径为：在已有环境地图信息、机器人定位信息的基础上，通过路径回溯算法规划出一条无碰撞的连接起点与终点的几何路径；然后参考环境中的动态障碍物信息，采用速度决策方法规划出机器人以何种速度沿着几何路径行驶，从而完成前端的轨迹规划，获得初始路径。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述路径优化过程中，采用轨迹对应通过时间、能量消耗、轨迹平滑度的加权和衡量路径质量，并作为优化的目标函数。