基于动态加权及热力图算法的机器人路径规划方法及系统技术方案

本发明专利技术属于机器人路径规划领域，提供了基于动态加权及热力图算法的机器人路径规划方法及系统，该方法基于构建的小型仓库栅格模型和热力图算法，计算货架组的热力值，将待运输的订单任务与其目标点所在的货架组一一对应，根据货架组的热力值进行任务的优先级排序并将其分配给对应的机器人；基于A*算法代价估算函数，对有订单运输任务的机器人进行路径寻优，得到从起始点到目标点的代价最小的最优路径；将该最优路径和预约表进行对比，查询是否存在路径冲突，若存在冲突则利用动态加权表，确定冲突点的通过顺序，若不存在冲突，直接按照最优路径执行当前订单运输任务。达到同时避免顶点冲突、边缘冲突的目的。边缘冲突的目的。边缘冲突的目的。

【技术实现步骤摘要】
基于动态加权及热力图算法的机器人路径规划方法及系统


[0001]本专利技术属于机器人路径规划领域，尤其涉及基于动态加权及热力图算法的机器人路径规划方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]多机器人的无冲突调度是智能仓储系统的核心，现有的仓库规模不断扩大，机器人数量逐渐增多，系统运行流程复杂，问题之间联系紧密，单个机器人的最佳路线、单个问题的最优策略在系统全局运行时并非最优。出入库时对订单的分配是影响仓库效率的因素之一。与此同时，也要考虑到多个机器人的协同配合避免碰撞，在此前提下，寻找最短路径。
[0004]由于仓库内不只一辆机器人，多辆机器人之间会造成冲突，最短路径可能有其他机器人频繁经过，产生严重的冲突问题，且冲突具有强动态性和交错性，容易造成连环冲突和拥堵，甚至造成死锁现象。同时若随机存储物资，会大大降低仓库使用效率、管理困难，且会在机器人运输物资出库时造成较大混乱。
[0005]专利技术人发现，现有方法多从路径规划上尽量减少冲突范围，但却不能从全局的角度出发彻底优化冲突，只能定性减少冲突而不能定量消除冲突，多个机器人运动过程会频繁发生冲突并引发大量启停。

技术实现思路

[0006]为了解决上述
技术介绍
中存在的至少一项技术问题，本专利技术提供基于动态加权及热力图算法的机器人路径规划方法及系统，其针对仓储系统中多机器人的顶点和边缘碰撞问题及机器人与订单及拣选台的匹配规则问题，提出一种运算效率高、动态自适应的基于动态加权及热力图算法的多机器人路径规划方法。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]本专利技术的第一个方面提供基于动态加权及热力图算法的机器人路径规划方法，包括如下步骤：
[0009]获取待运输的订单任务；
[0010]基于构建的小型仓库栅格模型和热力图算法，计算货架组的热力值，将待运输的订单任务与其目标点所在的货架组一一对应，根据货架组的热力值进行任务的优先级排序并将其分配给对应的机器人；
[0011]基于A*算法代价估算函数，对有订单运输任务的机器人进行路径寻优，得到从起始点到目标点的代价最小的最优路径；
[0012]将该最优路径和预约表进行对比，查询是否存在路径冲突，若存在冲突则利用动态加权表，确定冲突点的通过顺序，若不存在冲突，直接按照最优路径执行当前订单运输任务。
[0013]本专利技术的第二个方面提供基于动态加权及热力图算法的机器人路径规划系统，包括：任务获取模块，用于获取待运输的订单任务；
[0014]任务分配模块，用于基于构建的小型仓库栅格模型和热力图算法，计算货架组的热力值，将待运输的订单任务与其目标点所在的货架组一一对应，根据货架组的热力值进行任务的优先级排序并将其分配给对应的机器人；
[0015]路径规划模块，用于基于A*算法代价估算函数，对有订单运输任务的机器人进行路径寻优，得到从起始点到目标点的代价最小的最优路径；
[0016]将该最优路径和预约表进行对比，查询是否存在路径冲突，若存在冲突则利用动态加权表，确定冲突点的通过顺序，若不存在冲突，直接按照最优路径执行当前订单运输任务。
[0017]本专利技术的第三个方面提供一种计算机可读存储介质。
[0018]一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的基于动态加权及热力图算法的机器人路径规划方法中的步骤。
[0019]本专利技术的第四个方面提供一种计算机设备。
[0020]一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的基于动态加权及热力图算法的机器人路径规划方法中的步骤。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0022]1.本专利技术提出一种较为标准的适用于多种存储模式的小型仓储模型，可以应对多种场景的仓储要求，合理的环境表示有利于建立规划方法和选择合适的搜索算法，最终实现较少的时间开销而规划出较为满意的路径。
[0023]2.本专利技术针对智能仓储系统中的多车调度问题，改进了预约表，大大降低了预约表占用的存储空间的同时提高了运行效率。对A*算法做出了改进，达到同时避免顶点冲突、边缘冲突的目的。
[0024]3.本专利技术针对不可避免的冲突增加了动态加权表，对高优先级货物进行优先排序，提高了仓库的运送效率。
[0025]4.本专利技术增加了热力图算法，将周围的巷道拥堵程度反应到对应的货架组和拣选台上，对任务进行合理分配，避开了拥堵区域，实现任务的动态分配。
[0026]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0027]构成本专利技术的一部分的说明书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。
[0028]图1为本专利技术实施例基于动态加权及热力图算法的多机器人路径规划方法流程图；
[0029]图2为本专利技术实施例建立的小型仓库栅格模型图；
[0030]图3为本专利技术实施例货架分配示意图；
[0031]图4为本专利技术实施例反映拥堵程度的热力图示意图；
[0032]图5为本专利技术实施例预约表示意图；
[0033]图6(a)
‑
图6(d)为本专利技术实施例中使用动态加权表前后的效率对比图；
[0034]图7(a)
‑
图7(b)为本专利技术实施例中使用热力图算法前后的效率对比图。
具体实施方式
[0035]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。
[0036]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0037]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0038]实施例一
[0039]如图1所示，本实施例提供基于动态加权及热力图算法的机器人路径规划方法，包括如下步骤：
[0040]步骤1：获取待运输的订单任务；
[0041]本实施例中，所述待输运订单任务可以根据查询到的订单剩余情况确定。获取任务的起始点和目标点信息，并存储到States元胞数组的StartStates矩阵和GoalStates矩阵中。初始状态时预约表中信息为空。
[0042]步骤2：基于构建的小型仓库栅格模型和热力图算法，计算货架组的热力值，将待运输的订单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于动态加权及热力图算法的机器人路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：获取待运输的订单任务；基于构建的小型仓库栅格模型和热力图算法，计算货架组的热力值，将待运输的订单任务与其目标点所在的货架组一一对应，根据货架组的热力值进行任务的优先级排序并将其分配给对应的机器人；基于A*算法代价估算函数，对有订单运输任务的机器人进行路径寻优，得到从起始点到目标点的代价最小的最优路径；将该最优路径和预约表进行对比，查询是否存在路径冲突，若存在冲突则利用动态加权表，确定冲突点的通过顺序，若不存在冲突，直接按照最优路径执行当前订单运输任务。2.如权利要求1所述的基于动态加权及热力图算法的机器人路径规划方法，其特征在于，所述基于构建的小型仓库栅格模型和热力图算法，计算货架组的热力值包括：调用一定时间段的预约表数据，计算每个巷道在此时间段通过机器人的数量，并以此作为每个巷道的拥堵程度值；对货架组及巷道进行坐标编号，基于每个巷道的拥堵程度值计算得到每个货架组的热力值。3.如权利要求1所述的基于动态加权及热力图算法的机器人路径规划方法，其特征在于，所述每条巷道的拥堵程度计算公式如下：其中，RI为调用预约表范围，k表示当前时刻对应的预约表张数，预约表按照时间顺序排列，Δt为机器人从栅格中心位置移动到相邻栅格中心位置的消耗时间，N(k
‑
RI
·
Δt,k)为从k
‑
RI
·
Δt时刻到当前k时刻，此巷道通过的机器人数量。4.如权利要求1所述的基于动态加权及热力图算法的机器人路径规划方法，其特征在于，所述每个货架组的热力值计算公式为：Wh(i,j)＝C
w
(i,j)+C
w
(i,j+1)+C
l
(i,j)+C
l
(i+1,j)其中，Wh(i,j)为坐标(i,j)的货架组的热力值，C
w
(i,j)为该货架组左侧的短巷道的拥堵程度值，C
l
(i,j)为该货架组前方的长巷道的拥堵程度值。5.如权利要求1所述的基于动态加权及热力图算法的机器人路径规划方法，其特征在于，对有订单运输任务的机器人进行路径寻优，得到从起始点到...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕淑慧，李志豪，王磊，申涛，徐元，李健，赵钦君，王秋阳，罗好峰，
申请(专利权)人：山东规格智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：