[发明专利]包含模型约束和实时误差系统的消毒机器人路径规划方法

说明书

本发明公开了一种包含模型约束和实时误差系统的消毒机器人路径规划方法，包括：构建与机器人系统运行过程相对应的含区间分数阶模型，并得到机器人系统在运行过程中的运动模型约束；对机器人系统和分数阶模型的运行误差进行构建，应用误差观测器理论，得到机器人系统在运行过程中的实时误差；根据运动模型约束和实时误差系统，构建机器人系统路径规划过程中动态的综合模型约束；以综合模型约束作为路径规划约束条件，使用基于空间节点稀疏且双向节点拟合算法，实时迭代空间中已得到的节点信息，以改进RRT*随机树，快速得到可行的路径。本发明能够充分考虑机器人的底盘特性和运行误差，实现机器人的高精度控制，提高机器人的作业效率和质量。

技术领域

本发明涉及机器人路径规划技术领域，具体为一种包含模型约束和实时误差系统的消毒机器人路径规划方法。

背景技术

医学环境中容易堆积对人体有害的微生物，必须依据规范指引对环境进行消毒；消毒机器人是一个高度集成的综合性系统，它集成了移动机器人高灵活性、高自主性以及高效性的特点，在现代医学领域得到了广泛的应用，使用消毒机器人能够较好的实现医学环境下的手术室、过道等重点区域的消毒作业。

设计合理的路径规划方法，对于提高消毒机器人的作业效率和质量具有重要意义；现有技术中的机器人路径规划方法有RRT*随机树算法、图搜索法以及增量式启发算法等。

另外，机器人位姿控制需要充分考虑机器人的底盘特性和运行误差，能够纠正机器人的位姿，也能够提高消毒机器人的作业效率和质量；公开号为CN109597310A，名称为《一种基于扰动观测器的轮式移动机器人轨迹跟踪方法》的中国发明专利公开文本，以及公开号为CN112327620A，名称为《兼顾绕障的移动机器人鲁棒控制方法及系统》的中国发明专利公开文本，都公开了典型的机器人位姿控制方法。

然而，现有技术中的机器人路径规划方法通常是将机器人作为无约束的刚性质点来进行路径规划，普遍未能考虑到消毒机器人的底盘特性和运行误差约束(即机器人的位姿控制)，难以实现消毒机器人的高精度控制；此外，现有技术中的机器人路径规划方法也未能考虑到约束过滤的场景，难以保证规划过程的实时性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种包含模型约束和实时误差系统的消毒机器人路径规划方法，能够考虑到消毒机器人的底盘特性和运行误差约束。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种包含模型约束和实时误差系统的消毒机器人路径规划方法，应用在使用RRT*随机树算法进行路径规划的机器人系统上，包括下述步骤：

步骤1：构建与所述机器人系统运行过程相对应的含区间分数阶模型，并得到所述机器人系统在运行过程中的运动模型约束；

步骤2：应用误差观测器理论，对所述机器人系统和所述分数阶模型的运行误差进行构建，得到所述机器人系统在运行过程中的实时误差系统；

步骤3：根据所述运动模型约束和所述实时误差系统，构建所述机器人系统路径规划过程中动态的综合模型约束；

步骤4：以所述综合模型约束作为路径规划约束条件，使用基于空间节点稀疏且双向节点拟合算法，实时迭代空间中已得到的节点信息，以改进RRT*随机树，得到可行路径。

上述技术方案中，所述步骤4还包括：通过节点过滤、曲率过滤以及路径重规划中的一种或多种步骤，进一步改进所述RRT*随机树。

上述技术方案中，所述步骤1中所构建的含区间分数阶模型的正交旋转矩阵表示为：

D^α(t)X(t)＝f(X(t))u(X(t))；

其中：

式中：