[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

说明书

本发明公开了一种基于移动机器人轮廓的安全运动规划方法和装置，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。然后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。本发明在构建轨迹规划最优控制命题时充分考虑了移动机器人的轮廓及环境障碍物轮廓，通过施加无碰撞约束求解最优轨迹，安全高效，可大大降低移动机器人由运动规划技术带来的碰撞风险。

技术领域

本发明属于移动机器人运动规划领域，具体涉及一种基于移动机器人轮廓的安全运动规划方法和装置。

背景技术

运动规划技术在自主导航技术中具有承上启下的作用，上接环境地图信息，下接跟踪控制的实现，是自主导航功能实现的核心技术之一。然而，目前运动规划技术常采用图搜索方法、采样方法等，通过将移动机器人简化为一个质点，然后规划出一条从起点到终点的路径。现有方法虽然可以寻找到一条几何路径，但是不能在满足运动学约束的条件下有效应对环境中的动态障碍物。除此以外，现有方法并没有充分考虑移动机器人的轮廓与形状，使得机器人在自主导航过程中存在一定的安全隐患。因此，设计一种符合机器人运动学约束且安全有效的运动规划方法和装置对于移动机器人的自主导航实现至关重要。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于移动机器人轮廓的安全运动规划方法和装置，能够提升移动机器人运动规划的安全性。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的。

一种基于移动机器人轮廓的安全运动规划方法，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，基于获得的初始路径进行路径优化，完成机器人的运动规划；

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。

进一步地，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。

进一步地，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