用于移动机器人的运动控制方法及计算机程序产品技术

提出了一种用于移动机器人(1)的运动控制方法，其包括：初始规划步骤S1，其中，获取能够使移动机器人(1)以最短时间完成预定的第一路径(2)的包含时间信息的第一规划轨迹，目标点位于第一路径(2)上；时间确定步骤S2，其中，确定在第一规划轨迹中移动机器人(1)到达目标点的第一到达时间与期望移动机器人(1)到达目标点的期望到达时间；重新规划步骤S3，其中，如果第一到达时间早于期望到达时间，则将期望到达时间作为计划到达时间并改变第一规划轨迹的时间信息以获取第二规划轨迹，使得移动机器人(1)能够按照第二规划轨迹在计划到达时间到达目标点。还提出一种相应的计算机程序产品。借助于本发明专利技术，能够改善移动机器人的准时性。能够改善移动机器人的准时性。能够改善移动机器人的准时性。

【技术实现步骤摘要】
用于移动机器人的运动控制方法及计算机程序产品


[0001]本专利技术涉及移动机器人领域、尤其是移动机器人的运动控制领域，具体涉及一种用于移动机器人的运动控制方法以及一种计算机程序产品。

技术介绍

[0002]随着经济快速增长、人力成本逐渐上升，移动机器人越来越广泛地应用于各种工业和家庭环境中。例如，自动引导车(AGV)、自主移动机器人(AMR)、叉车等移动机器人是现代物流系统的关键设备之一。移动机器人能够根据路径规划和作业要求运动并停靠到目标地点，以完成物料搬运输送等任务。
[0003]通常，移动机器人例如由于其待执行的任务而需要到达特定的位置(任务点)。例如，用于在仓库中运输货物的移动机器人可能需要运动到特定的收货位置，以接收待运输的物品，然后将待运输的物品运输到指定的送货位置。为此，可通过特定的局部路径规划等方法，使移动机器人能够运动到特定的位置。
[0004]移动机器人在某些场景下还需要在特定的时间准时到达特定的位置。
[0005]现有技术在对于移动机器人的准时到达方面仍然存在不足。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种改进的用于移动机器人的运动控制方法，以改善移动机器人的准时性。
[0007]根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于移动机器人的运动控制方法，其中，所述运动控制方法包括下述步骤：初始规划步骤S1，其中，获取能够使移动机器人以最短时间完成预定的第一路径的包含时间信息的第一规划轨迹，目标点位于第一路径上；时间确定步骤S2，其中，确定在第一规划轨迹中移动机器人到达目标点的第一到达时间与期望移动机器人到达目标点的期望到达时间；以及重新规划步骤S3，其中，如果第一到达时间早于期望到达时间，则将期望到达时间作为计划到达时间并改变第一规划轨迹的时间信息以获取第二规划轨迹，使得移动机器人能够按照第二规划轨迹在计划到达时间到达目标点。
[0008]在一个示例性实施例中，初始规划步骤S1包括：基于第一路径的曲线方程，对移动机器人进行速度规划，确定移动机器人在满足移动机器人的运动学约束和动力学约束的情况下以最短时间完成第一路径的包含时间信息的规划轨迹作为第一规划轨迹；第一规划轨迹满足运动方程其中，表示移动机器人的位置，函数G(t)表示位置与时间t的函数关系。
[0009]在一个示例性实施例中，第一路径是通过对移动机器人进行局部路径规划获得的局部路径；第一路径成3阶以上贝塞尔曲线的形式并且能够以下式表示：
[0010][0011]其中，表示移动机器人的位置，当变量s从0增大到1，对应的表示移动机器
人沿着第一路径从起点到终点的位置；在第一规划轨迹中，函数g(t)表示变量s与时间t的函数关系。
[0012]在一个示例性实施例中，移动机器人的运动学约束和动力学约束包括：在第一路径的起点处移动机器人的速度等于预定的初速度；在第一规划轨迹中移动机器人的速度在预定的最大速度以下；在第一规划轨迹中移动机器人的加速度在预定的最大加速度以下；和/或移动机器人为差速轮机器人，移动机器人的运动学约束和动力学约束包括：在第一路径的起点处移动机器人的第一驱动轮和第二驱动轮的初速度分别等于预定的左轮初速度和预定的右轮初速度；在第一规划轨迹中移动机器人的第一驱动轮和第二驱动轮的速度分别在预定的最大轮速度以下；在第一规划轨迹中移动机器人的第一驱动轮和第二驱动轮的加速度分别在预定的最大轮加速度以下。
[0013]在一个示例性实施例中，速度规划根据T型规划方法来进行。
[0014]在一个示例性实施例中，重新规划步骤S3包括：确定第一轨迹的开始时间到第一到达时间的第一时长与第一轨迹的开始时间到计划到达时间的计划时长之比作为缩放比k；将第一规划轨迹对应的速度规划按照所述缩放比进行比例缩放，得到第二规划轨迹，使得第二规划轨迹满足运动方程
[0015]在一个示例性实施例中，重新规划步骤S3还包括：对通过比例缩放得到的第二规划轨迹的从其起点开始的调整区段进行调整，使得在第二规划轨迹的起点处移动机器人的第一驱动轮和第二驱动轮的速度分别等于预定的左轮初速度和预定的右轮初速度，并且在调整区段的终点处移动机器人的第一驱动轮和第二驱动轮的速度和移动机器人的位置与调整之前相同。
[0016]在一个示例性实施例中，目标点是与移动机器人待执行的任务有关的任务点，期望到达时间根据所述任务来确定。
[0017]在一个示例性实施例中，所述运动控制方法包括：如果第一到达时间不早于期望到达时间，则控制移动机器人按照第一规划轨迹运动。
[0018]在一个示例性实施例中，目标点是移动机器人按照第一规划轨迹将与运动的动态障碍物发生碰撞的位置；时间确定步骤S2包括：根据动态障碍物的运动状态确定期望到达时间，使得如果移动机器人到达目标点的时间不早于期望到达时间时，移动机器人就不会与动态障碍物发生碰撞。
[0019]在一个示例性实施例中，所述运动控制方法还包括绕行规划步骤，所述绕行规划步骤包括：确定能够使移动机器人经过至少一个前端绕经点从动态障碍物的前方无碰撞地绕行的第三路径，其中，第三路径的起点和终点都位于第一路径上；生成能够使移动机器人沿第三路径运动的包含时间信息的第三规划轨迹，根据第三规划轨迹，移动机器人将在动态障碍物之前经过第三路径与动态障碍物的运动路径的交点；如果生成第三规划轨迹成功，则将第三规划轨迹作为候选的绕行轨迹之一。
[0020]在一个示例性实施例中，根据移动机器人的轮廓、动态障碍物的轮廓、动态障碍物的运动速度和运动方向，确定前端绕经点；确定与前端绕经点对应的期望绕经时间，使得只要移动机器人沿着第三路径在期望绕经时间之前经过前端绕经点，就能够无碰撞地绕过动态障碍物；生成能够使移动机器人以最短时间完成第三路径的包含时间信息的规划轨迹作
为第三规划轨迹，其中，根据第三规划轨迹，移动机器人将在相应的前端绕经时间经过前端绕经点；如果对于每个前端绕经点，前端绕经时间都相应地在期望绕经时间之前，则生成第三规划轨迹成功，否则，改变前端绕经点的位置重新确定第三路径和第三规划轨迹或者生成第三规划轨迹失败。
[0021]在一个示例性实施例中，第三路径成四阶以上贝塞尔曲线的形式，其中，在第三路径经过m个前端绕经点的情况下，第三路径成m+3阶贝塞尔曲线的形式；在第三路径中，移动机器人在前端绕经点处的速度方向垂直于动态障碍物与按照第一规划轨迹运动的移动机器人碰撞时将具有的速度方向垂直。
[0022]在一个示例性实施例中，所述运动控制方法还包括绕行规划步骤，所述绕行规划步骤包括：确定能够使移动机器人经过至少一个后端绕经点从动态障碍物的后方无碰撞地绕行的第四路径，其中，第四路径的起点和终点都位于第一路径上；生成能够使移动机器人沿第四路径运动的包含时间信息的第四规划轨迹，根据第三规划轨迹，移动机器人将在动态障碍物之后经过第四路径与动态障碍物的运动路径的交点；如果生成第四规划轨迹成功，则将第四规划轨迹作为候选的绕行轨迹之一。
[0023]在一个示例性实施例中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于移动机器人(1)的运动控制方法，其中，所述运动控制方法包括下述步骤：初始规划步骤S1，其中，获取能够使移动机器人(1)以最短时间完成预定的第一路径(2)的包含时间信息的第一规划轨迹，目标点位于第一路径(2)上；时间确定步骤S2，其中，确定在第一规划轨迹中移动机器人(1)到达目标点的第一到达时间与期望移动机器人(1)到达目标点的期望到达时间；以及重新规划步骤S3，其中，如果第一到达时间早于期望到达时间，则将期望到达时间作为计划到达时间并改变第一规划轨迹的时间信息以获取第二规划轨迹，使得移动机器人(1)能够按照第二规划轨迹在计划到达时间到达目标点。2.根据权利要求1所述的运动控制方法，其中，初始规划步骤S1包括：基于第一路径(2)的曲线方程，对移动机器人(1)进行速度规划，确定移动机器人(1)在满足移动机器人(1)的运动学约束和动力学约束的情况下以最短时间完成第一路径(2)的包含时间信息的规划轨迹作为第一规划轨迹；第一规划轨迹满足运动方程其中，表示移动机器人(1)的位置，函数G(t)表示位置与时间t的函数关系。3.根据权利要求2所述的运动控制方法，其中，第一路径(2)是通过对移动机器人(1)进行局部路径规划获得的局部路径；第一路径(2)成3阶以上贝塞尔曲线的形式并且能够以下式表示：其中，表示移动机器人(1)的位置，当变量s从0增大到1，对应的表示移动机器人(1)沿着第一路径(2)从起点到终点的位置；在第一规划轨迹中，s＝g(t)，函数g(t)表示变量s与时间t的函数关系。4.根据权利要求2或3所述的运动控制方法，其中，移动机器人(1)的运动学约束和动力学约束包括：在第一路径(2)的起点处移动机器人(1)的速度等于预定的初速度；在第一规划轨迹中移动机器人(1)的速度在预定的最大速度以下；在第一规划轨迹中移动机器人(1)的加速度在预定的最大加速度以下；和/或移动机器人(1)为差速轮机器人，移动机器人(1)的运动学约束和动力学约束包括：在第一路径(2)的起点处移动机器人(1)的第一驱动轮和第二驱动轮的初速度分别等于预定的左轮初速度和预定的右轮初速度；在第一规划轨迹中移动机器人(1)的第一驱动轮和第二驱动轮的速度分别在预定的最大轮速度以下；在第一规划轨迹中移动机器人(1)的第一驱动轮和第二驱动轮的加速度分别在预定的最大轮加速度以下。5.根据权利要求2
‑
4中任一项所述的运动控制方法，其中，速度规划根据T型规划方法来进行。6.根据权利要求2
‑
5中任一项所述的运动控制方法，其中，重新规划步骤S3包括：确定第一轨迹的开始时间到第一到达时间的第一时长与第一轨迹的开始时间到计划
到达时间的计划时长之比作为缩放比k；将第一规划轨迹对应的速度规划按照所述缩放比进行比例缩放，得到第二规划轨迹，使得第二规划轨迹满足运动方程7.根据权利要求6所述的运动控制方法，其中，重新规划步骤S3还包括：对通过比例缩放得到的第二规划轨迹的从其起点开始的调整区段进行调整，使得在第二规划轨迹的起点处移动机器人(1)的第一驱动轮和第二驱动轮的速度分别等于预定的左轮初速度和预定的右轮初速度，并且在调整区段的终点处移动机器人(1)的第一驱动轮和第二驱动轮的速度和移动机器人(1)的位置与调整之前相同。8.根据权利要求1
‑
7中任一项所述的运动控制方法，其中，目标点是与移动机器人(1)待执行的任务有关的任务点，期望到达时间根据所述任务来确定。9.根据权利要求1
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8中任一项所述的运动控制方法，其中，所述运动控制方法包括：如果第一到达时间不早于期望到达时间，则控制移动机器人(1)按照第一规划轨迹运动。10.根据权利要求1
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7中任一项所述的运动控制方法，其中，目标点是移动机器人(1)按照第一规划轨迹将与运动的动态障碍物(4)发生碰撞的位置；时间确定步骤S2包括：根据动态障碍物(4)的运动状态确定期望到达时间，使得如果移动机器人(1)到达目标点的时间不早于期望到达时间时，移动机器人...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵安，赵雨辰，邸兴超，唐文庆，武文博，张传发，
申请(专利权)人：灵动科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：