一种在弯曲光滑路径下的速度规划方法、存储介质技术

本发明专利技术的在弯曲光滑路径下的速度规划方法、存储介质，其中方法步骤包括：步骤1获取机器人规划路径上各路径点对应包括速度、曲率及曲率半径信息，以计算在向心力约束下各路径点允许的最大速度并供与最大运动速度之间取小，来作为各路径点的速度约束，以供生成速度空间；步骤2遍历速度空间中所有路径点的速度约束，组成最大速度上界曲线取其速度谷点生成待规划点索引列；步骤3在待规划点索引列中，依次提取相邻两路径点的索引列，将索引列值较小的路径点的速度信息作为规划的起始速度、较大的作为规划的终止速度，以供进行S形速度规划，并将规划结果更新规划路径。籍此在满足过弯时的向心加速度约束及其自身运动学约束的同时，兼顾加速度的连续性。兼顾加速度的连续性。兼顾加速度的连续性。

【技术实现步骤摘要】
一种在弯曲光滑路径下的速度规划方法、存储介质


[0001]本专利技术涉及移动机器人导航
，尤其涉及基于S形速度规划算法对弯曲光滑路径下的速度规划算法进行改进，以适用于弯曲光滑路径对机器人速度规划的约束。

技术介绍

[0002]在移动机器人导航过程中，一般针对直线路径，本领域通常使用S形速度规划算法进行路径点参考速度的规划。其中S形速度规划算法是一种可以将初始速度S形状的增加到最大速度并从最大速度S形的减小到终点速度的速度规划算法，通过将速度分解为：加加速段、匀加速段、减加速段、匀速段、加减速段、匀减速段和减减速段等7个时段分别进行计算，可以保证规划出的参考速度具有平滑及加速度连续的特点。
[0003]但是，当移动机器人的导航路径中含有弯曲路径的时候，此时若仍简单的使用S形速度规划算法进行参考速度的规划，则可能会导致规划出来的速度不能满足机器人过弯时的向心加速度约束，从而造成机器人在过弯道时发生漂移。

技术实现思路

[0004]为此本专利技术的主要目的在于提供一种在弯曲光滑路径下的速度规划方法、存储介质，以在满足移动机器人过弯时的向心加速度约束及其自身运动学约束的同时，兼顾加速度的连续性。
[0005]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种在弯曲光滑路径下的速度规划方法，步骤包括：步骤1获取机器人规划路径上各路径点对应包括速度、曲率及曲率半径信息，以计算出在机器人的向心力约束下各路径点允许的最大速度并供与机器人最大运动速度之间取小，来作为各路径点的速度约束，以供生成速度空间；步骤2遍历速度空间中所有路径点的速度约束，以组成最大速度上界曲线并取其速度谷点生成待规划点索引列；步骤3在待规划点索引列中，依次提取相邻两路径点的索引列，将索引列值较小的路径点的速度信息作为规划的起始速度，索引列值较大的路径点的速度信息作为规划的终止速度，以供根据速度曲线算法进行速度规划，并将规划结果更新规划路径。
[0006]在可能的优选实施方式中，其中步骤步骤3中还包括：检验各路径点对应的速度值是否超出速度约束，若超出，则将本段速度规划的速度上限值减小后重新进行速度规划，直至符合速度约束的要求。
[0007]在可能的优选实施方式中，其中规划点索引列的生成步骤包括：取最大速度上界曲线的速度谷点对应的下标索引列，并加入起始点和终止点的下标索引列，以
组成待规划点索引列。
[0008]在可能的优选实施方式中，其中步骤3中的速度规划为S形速度规划，其步骤包括：将速度轨迹分为：加加速时段，匀加速时段，减加速时段，匀速时段，加减速时段，匀减速时段，减减速时段，计算机器人不考虑加减速限制下所能达到的最大加速度与最大减速度：：其中为机器人最大加加速度；根据机器人的最大加速度和最大减速度与和的关系，计算，：若，则，，若，则，，，并更新若，则，，若，则，，，并更新进一步计算加速段路程与减速段路程：：判断总的路程长度与和的关系：，若不满足，将减小后重新计算各时段与路程，直至符合速度约束的要求，若满足上述判断，则计算匀速段路程与：： 。
[0009]在可能的优选实施方式中，其中最大速度的计算步骤包括：计算出各路径点对应的一阶导数，二阶导数,曲率,和曲率半径的信息:的信息:的信息:的信息:依据圆周运动公式计算：，解得机器人加速度后计算其中为机器人的向心力，为机器人质量，为机器人加速度，为机器人当前速度，为机器人圆周运动的半径。
[0010]为了实现上述目的，根据本专利技术的另一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中所述计算机程序被计算机处理器执行时，实现上述中任一所述在弯曲光滑路径下的速度规划方法的步骤。
[0011]通过本专利技术提供的该在弯曲光滑路径下的速度规划方法、存储介质，其能够为移动机器人行驶在弯曲路径时提供一种既满足物理条件约束，也能够实现速度平稳且快速通过的规划方案，旨在满足移动机器人过弯时的向心加速度约束及其自身运动学约束的同时，兼顾加速度的连续性，由此可避免机器人在过弯道时发生漂移，同时也利于提高机器人轨迹跟踪过程的精度与效率。
附图说明
[0012]构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术的在弯曲光滑路径下的速度规划方法的步骤示意图；图2为本专利技术的在弯曲光滑路径下的速度规划方法中S形速度规划的计算步骤示意图；图3中直线表示最大速度的约束，曲线表示曲率约束下的最大速度；图4为本专利技术的方法中各路径点的速度约束生成的速度空间示意图；图5为本专利技术的方法中在速度空间内的速度曲线示意图。
具体实施方式
[0013]为了使本领域的技术人员能够更好的理解本专利技术的技术方案，下面将结合实施例来对本专利技术的具体技术方案进行清楚、完整地描述，以助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术。显然，本案所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思及相互不冲突的前提下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本专利技术中的实施例，在本领域普通技术人员没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术的揭露及保护范围。
[0014]此外本专利技术的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”、“步骤1”、“步骤2”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里描述的那些以外的顺序实施。同时本专利技术中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。此外对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况，结合现有技术来理解上述术语在本案中的具体含义。
[0015]在弯曲路径下进行移动机器人的速度规划时，若单纯的减小机器人的运动速度的上限，使其满足向心力的约束，会使得机器人在导航过程中速度过慢，影响执行效率。
[0016]若考虑机器人运动学的约束的同时考虑该位置的向心力和最大加速度约束，对上述约束简单的取最小值进行速度规划，那么规划出的速度轨迹的加速度将会是不连续的，这样会降低机器人的柔顺度。
[0017]为此本案专利技术构思上，基于S形速度规划算法与机器人自身约束限制进行参考速度的规划。使得移动机器人在弯曲路径上进行速度规划时，既要考虑机器人的运动学约束问题也要考虑到路径曲率产生的向心加速度对机器人运动的影响。
[0018]同时为了规划出光滑的速度曲线并且满足机器人运动学约束和向心加速度约束，专利技术人考虑首先根据机器人的运动学约束和路径向心力约束来计算出每个路径点的最大速度上限，从而生成可行的速度空间。然后根据速度空间上界曲线的谷点，生成待规划点索引列。以最终从索引列中依次提取相邻两点的索引列，进行S形速度规划。
[0019]具体来说，请参阅图1至图5所示，本专利技术提供的该在弯曲光滑路径下的速度规划方法，其步骤包括：步骤1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在弯曲光滑路径下的速度规划方法，步骤包括：步骤1获取机器人规划路径上各路径点对应包括速度、曲率及曲率半径信息，以计算出在机器人的向心力约束下各路径点允许的最大速度并供与机器人最大运动速度之间取小，来作为各路径点的速度约束，以供生成速度空间；步骤2遍历速度空间中所有路径点的速度约束，以组成最大速度上界曲线并取其速度谷点生成待规划点索引列；步骤3在待规划点索引列中，依次提取相邻两路径点的索引列，将索引列值较小的路径点的速度信息作为规划的起始速度，索引列值较大的路径点的速度信息作为规划的终止速度，以供根据速度曲线算法进行速度规划，并将规划结果更新规划路径。2.根据权利要求1所述的在弯曲光滑路径下的速度规划方法，其中步骤步骤3中还包括：检验各路径点对应的速度值是否超出速度约束，若超出，则将本段速度规划的速度上限值减小后重新进行速度规划，直至符合速度约束的要求。3.根据权利要求1所述的在弯曲光滑路径下的速度规划方法，其中规划点索引列的生成步骤包括：取最大速度上界曲线的速度谷点对应的下标索引列，并加入起始点和终止点的下标索引列，以组成待规划点索引列。4.根据权利要求1所述的在弯曲光滑路径下的速度规划方法，其中步...

【专利技术属性】
技术研发人员：王为科，赵越，
申请(专利权)人：上海仙工智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：