一种全向AGV路径和姿态综合规划方法技术

一种全向AGV的路径及姿态综合规划方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：使用拓扑地图法构建室内地图模型；步骤2：使用深度优先搜索算法在各路段车身姿态约束条件下进行路径规划；步骤3：在全向AGV车身姿态约束条件下，计算在规划路径中AGV小车的车身姿态调整站点；步骤4：以每一个车身姿态调整站点作为分割点，将整个路径划分成若干段，将组成每一段路线的各基本路段的车身姿态集合求交集；步骤5：依次控制全向AGV小车以规划好的车身姿态通过各路段，并在对应节点实现车身姿态的调整，直至小车抵达终点。本发明专利技术能够避免在行驶过程中出现因为车身姿态限制原因而无法顺利通行的情况，帮助小车调整车身姿态，顺利抵达终点。顺利抵达终点。顺利抵达终点。

【技术实现步骤摘要】
一种全向AGV路径和姿态综合规划方法


[0001]本专利技术涉及的是一种路径和姿态综合规划方法，具体的说是一种全向AGV的路径和姿态综合规划方法，旨在解决全向AGV小车在行驶过程中的车身姿态调整问题。

技术介绍

[0002]近年来，随着智能技术的发展与进步，自动引导小车(Automated Guided Vehicle)作为一种运输工具，在餐饮行业得到了广泛的应用，是实现智能餐厅的重要手段之一。
[0003]而全向AGV作为AGV小车的一种，它的优点就在于其灵活性，可以支持小车在行驶的过程中根据实际工作需求自由的前进、后退、左移、右移以及原地自旋等，可以解决普通车轮的传菜小车在工作过程中出现的一些问题。
[0004]比如当传菜小车上菜时，需要以客户最方便的姿态停靠在餐桌旁，使得用户随手就可以取到小车上的菜品。假设客户需要从小车两侧取菜，如果传菜小车使用的是普通车轮，那么小车只能以车头进站，如图1右图所示，此时小车车头正对餐桌，车身距离餐桌尚有一段距离，客户需要走下座位才可以取到菜品，这不仅没有方便到客户，还可能会影响到客户的体验。然而如果小车是全向AGV，小车可以以图1左图所示的姿势，侧身驶向餐桌，假设菜品均匀的摆放在传菜小车上，那么坐在餐桌上的客户甚至不需要离开座位，随手就可以取到传菜小车上的菜品。
[0005]又如图2所示，图2是本方法设计的一个简单的餐厅地图模型，假设此时需要小车从取餐处送餐至餐桌1，也就是从站点1行驶至站点25，如果小车当前处于12站点处，且检测到12
‑/>18这一段路线发生堵塞，那么传菜小车将在12站点等待道路通畅后再继续行驶，但是如果此时恰巧后方道路7
‑
12也发生拥塞，且有障碍物从前方靠近，前后道路都被堵死，那么此时普通车轮的传菜小车就可能会无法移动，从而陷入僵局，需要现场工作人员手动处理。而如果传菜小车是全向AGV，那么此时小车就可以侧移或者原地自旋驶入站点11或者站点13躲避障碍。
[0006]全向AGV虽然在使用过程中带来了许多便利，可以根据需求自由的改变车身姿态，但是由于小车在行驶过程中部分站点或者路段存在车身姿态限制，只允许小车以某种姿态通过，比如狭窄通道只允许小车以车身最窄的一侧平行于道路通过，这为全向AGV的行驶带来了许多不便。
[0007]为此，本专利技术提出一种全向AGV的路径和姿态综合规划方法，能够在路径规划的同时，根据小车在行驶过程中站点或者路段对车身姿态的限制，规划好AGV小车在行驶过程中的姿态调整节点，从而帮助小车调整姿态，顺利的抵达终点。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是针对全向AGV在行驶过程中遇到的车身姿态调整问题，提供一种全向AGV的路径和姿态综合规划方法，可以针对在行驶过程中可能遇到的车身姿态限制条
件，规划好AGV小车在行驶过程中的姿态调整节点，从而帮助小车调整姿态，顺利的抵达终点。
[0009]本专利技术的技术方案如下：
[0010]一种全向AGV的路径和姿态综合规划方法，包括以下步骤：
[0011]步骤1：使用拓扑地图法构建室内地图模型。拓扑地图法就是将环境中一些重要的区域用一个个节点表示，节点之间用线段连接表示路径。其中，节点除了代表区域地理位置以外，还包含AGV进站姿态、最大旋转角度等限制条件。。
[0012]步骤1.1：构建地图站点模型。在餐厅所有可以允许小车通过的路径上划分若干站点，通过这些站点可以将路径划分为若干个基本路段。这些站点模型至少需要包含以下信息：站点的编号，站点的位置信息，邻近站点的编号，允许小车旋转的角度，该站点对AGV小车的进站车身姿态限制等要素。本方法中划分站点的依据一般是道路的分岔口或转折点以及路况发生变化路段的起点和终点。
[0013]步骤1.2：构建道路地图模型，将所有可以通行的道路划分为若干基本路段，用以描述餐厅道路的位置信息，车体经过该道路的车身姿态限制信息，道路狭窄情况等。假设本方法中通道宽度为Width
road
，所述狭窄通道一般指公式(1)所述情况：
[0014]Width
road
<Width
car
+2*Width
safe
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0015]其中Width
car
指小车行驶过程中垂直于行驶方向的车体最宽处距离，Width
safe
指小车距离道路边界的安全距离，在本专利技术中设置为0.5m。之所以要考虑狭窄通道，不妨假设有一段宽1.2m道路，而小车长1m，宽0.5m，在这种情况下，如果小车选择侧移，也就是车身垂直于道路方向移动，那么小车距离道路边界仅有10cm间隙，这会影响小车的安全通行，因此需要注明狭窄通道，从而限制车身姿态。
[0016]步骤2：使用深度优先搜索算法在各路段车身姿态约束条件下进行路径规划。由于本方法使用拓扑地图法构建地图模型，可以将拓扑地图中的站点视为图论中图的顶点，站点之间的连线也就是路线可以视为图中的边，深度优先搜索算法作为图论中常用的算法之一，可以找出两个节点之间符合要求的路径，然后计算组成该路径的各条边的距离之和，可以获得每条路径的距离，符合本方法的需要。本专利技术中所述的车身姿态约束条件一般指小车通过某一路段所允许的车身方向。
[0017]步骤2.1：计算距离矩阵，如果地图中存在n个站点，那么就事先定义一个n
·
n的二维矩阵e，e[i,j]表示站点i到站点j之间的距离，如果站点i到站点j可以不经过任何其他站点，直接抵达，那么e[i,j]就等于站点i到站点j之间的距离数值，如果站点i到站点j不可以直接抵达或者i等于j，那么e[i,j]可以等于一个极大的固定值。
[0018]步骤2.2：输入起始站点和目标站点，从起始站点开始，沿当前站点遍历未访问过的站点，在访问前，首先判断当前站点是否允许调整车身姿态，若当前站点允许调整车身姿态就说明无论之前车身姿态如何，都可以使小车在当前站点得到调整，使得小车可以从当前站点抵达即将需要访问的站点；若不可调整车身姿态，则将之前路段允许的车身姿态集合与即将访问路段的车身姿态集合求交集，若交集为空说明小车无法抵达，放弃该站点，若交集不为空，说明小车可以抵达，访问该站点。当没有未访问过的站点时，则回到上一个站点，继续试探访问别的站点，直到所有的站点都被访问过。在访问过程中，若访问到目标站点，则将经过的所有节点记录并存入后备路径，并记录所有距离之和。访问结束后，选取距
离最短的路径作为当前路径，其余路径根据距离远近依次存入后备队列，在当前路径不可达时，依次从后备队列切换路径。
[0019]步骤3：在道路的相关约束条件下，计算在规划路径中小车的车身姿态调整站点。本方法中所述的车身姿态只考虑直行和侧移两种，暂不考虑斜行的情况。本方法中所述直行即车身方向平行于道路方向，如图1左图所示，所示侧移即车身方向垂直于道路方向，如图1右图所示。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全向AGV的路径及姿态综合规划方法，旨在解决全向AGV小车在行驶过程中的车身姿态调整问题，根据行驶过程中各站点或路径对车身姿态的限制条件，规划好AGV小车在行驶过程中的姿态调整节点以及驶入下一段路径的姿态问题，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：使用拓扑地图法构建室内地图模型；拓扑地图法就是将环境中一些重要的区域用一个个节点表示，节点之间用线段连接表示路径；其中，节点除了代表区域地理位置以外，还包含限制条件；步骤2：使用深度优先搜索算法在各路段车身姿态约束条件下进行路径规划；使用拓扑地图法构建地图模型时将拓扑地图中的站点视为图论中图的顶点，站点之间的连线也就是路线视为图中的边，深度优先搜索算法作为图论中常用的算法之一，能找出两个节点之间符合要求的路径，然后计算组成该路径的各条边的距离之和，以获得每条路径的距离；在规划成功后选择其中的最短路径作为当前路径，其余路径根据距离远近依次存入后备队列，若在后续步骤中判定当前路径不可达时，则依次从后备队列切换路径；步骤3：在全向AGV车身姿态约束条件下，计算在规划路径中AGV小车的车身姿态调整站点；所述的车身姿态约束条件指小车通过某一路段所允许的车身方向；所述的车身方向指车头的朝向，以地图上方所对应的实际方向为基准，设为v，那么此时小车车头指向地图的上方所对应的方向；u代表小车车头指向地图的右方；其中，v或u并非表示小车车头需要始终保持朝向地图中的上方或右方，而是允许小车可以在不偏离道路的情况下，以v或u为基准调整车头方向；所述车头由厂家或者用户指定小车的某一部位为车头；车身姿态只考虑纵移和侧移两种情况；所述的纵移即小车车身方向平行于道路方向，侧移即垂直于道路方向。步骤4：以每一个车身姿态调整站点作为分割点，将整个路径划分成若干段，将组成每一段路线的各基本路段的车身姿态集合求交集，该交集就是允许小车通过该路线的最终车身姿态集合；若最终车身姿态集合不唯一，从集合中选择一条最符合当前行驶方向的角度；步骤5：依次控制全向AGV小车以规划好的车身姿态通过各路段，并在对应节点实现车身姿态的调整，直至小车抵达终点。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的限制条件包括，AGV进站姿态、最大旋转角度。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用深度优先搜索算法在各路段车身姿态约束条件下进行路径规划时，首先，计算距离矩阵，如果地图中存在n个站点，那么就事先定义一个n
·
n的二维矩阵e，e[i,j]表示站点i到站点j之间的距离，如果站点i到站点j可以不经过任何其他站点，直接抵达，那么e[i,j]就等于站点i到站点j之间的距离数值，如果站点i到站点j不可以直接抵达或者i等于j，那么e[i,j]可以等于一个极大的固定值；其次，输入起始站点和目标站点，从起始站点开始，沿当前站点遍历未访问过的站点，在访问前，首先判断当前站点是否允许调整车身姿态，若当前站点允许调整车身姿态...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛善良，岳松，郑祖闯，张明，张惠，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：