【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机器人路径规划，尤其涉及一种欠驱动移动机器人在线轨迹生成及跟踪方法。
技术介绍
1、近年来，随着现代工业的快速发展，传统工厂逐渐向智能化工厂转变，欠驱动移动机器人在物流和运输任务中得到了广泛的应用。为保证货物的运输质量，欠驱动移动机器人应以高精度、高准确性到达给定目标点并叉取货物；但是，目前欠驱动移动机器人多为欠驱动模型，并且货物托盘摆放的位姿存在不确定性，因此目前的欠驱动移动机器人无法很好的满足智能工厂的柔性物流搬运需求。工业叉车为一种典型的欠驱动移动机器人系统，由于运行速度较快且存在运动约束，使得其在线轨迹规划和避障难度较大。
2、目前的欠驱动移动机器人导航解决方案中，轨迹都是基于手动示教的固定导航路线，所有的轨迹都是离线生成的。当搬运场景发生变化时，导航路线需要随之调整，然而这需要投入大量人力来重新部署整个导航系统，因此应使用在线规划的方式取代这种不灵活的离线过程。工厂中货物的摆放可能不是标准位置，托盘位置姿态不固定，这对货物的叉取带来了不便。当待叉取的托盘来自传送带，每次托盘的位姿都会有偏差，如果“盲叉”会带来安全隐患。因此，目前的欠驱动移动机器人难以满足企业柔性生产的搬运要求，严重地限制了欠驱动移动机器人在数字化智能工厂的应用。
3、为了克服这些缺点，在过去的几十年里，人们提出了许多不同的自动路径和轨迹生成技术。这些组合的方法不太适合于存在差分约束(例如，非完整机器人的运动学约束)，解析解不能有效地应对障碍。近年来已经引入和研究了基于抽样的方法。目前广泛使用的三种方法：概率路线图(
4、目前，基于lattice的运动规划器已成功应用于生成非完整机器人约束模型的可行运动轨迹。生成的轨迹满足非完整机器人约束模型的运动学和动力学。然而，这些算法的离散性导致获得轨迹的状态和控制空间不连续，导致实现的姿态与机器人的目标端姿态不匹配。由于末端精度对典型工业应用中货物的成功装卸至关重要，因此自动规划路径在欠驱动移动机器人系统中尚未得到广泛采用。
5、另外，为了启用新的应用程序，欠驱动移动机器人使用灵活的在线运动规划取代离线过程是关键。最先进的运动规划器(基于快速探索随机树(rrt)，概率路线图(prm)或状态空间lattice搜索，迄今为止尚未被证明能够生成轨迹，使欠驱动移动机器人能够实现工业应用所需的目标，从而达到姿态精度。此外，由上述规划器获得的轨迹不能保证是可直接驱动的——机器人控制空间中轨迹内的不连续性通常留给控制器来处理。但是，到目前为止，还没有提出任何解决方案，它既可以保证所需的准确性，又可以在线使用。
6、目前的运动规划策略通过对工业自动导航欠驱动移动机器人的状态空间进行采样并加入到搜索空间中，然后利用有效的图搜索方法来探索搜索空间。然而，所有基于采样的非完整运动规划方法产生的路径和轨迹通常在轨迹本身或终端和目标状态之间呈现离散化误差和不连续，阻碍了当前的解决方案实现工业应用所需的最终姿态精度的要求。同时，目前几种关于改变基于采样的运动规划器的轨迹的解决方案由于路径平滑需要数百甚至几千秒的时间计算，因此无法在线生成轨迹。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供一种欠驱动移动机器人在线轨迹生成及跟踪方法，以实现基于采样的运动规划器的在线轨迹规划，该方法可实现路径平滑无碰撞并提高了运动规划器生成的路径获得的末端姿态精度。
2、一种欠驱动移动机器人在线轨迹生成及跟踪方法，包括以下步骤：
3、步骤1：获取机器人当前的定位感知信息生成当前环境的三维点云局部地图；
4、其中机器人搭载16线三维激光传感器ros操作系统；所述16线三维激光传感器与机器人平台连接，用来构建地图和定位；ros操作系统为用于机器人的操作系统，首先设定需要探索的环境的长度、宽度和高度，通过三维激光传感器和imu采用ros操作系统的三维slam算法获取机器人当前的定位信息和感知信息生成当前环境的三维点云地图，其中感知信息包括imu数据、实时三维激光数据、图像数据和gps数据；
5、步骤2：使用基于lattice的运动规划器来计算欠驱动移动机器人运动学可行路径；所述lattice的运动规划器根据实时地图信息、机器人定位信息和机器人状态计算路径；
6、步骤2.1：建立欠驱动移动机器人运动学模型；
7、假设欠驱动移动机器人在行驶过程中不会发生打滑现象，欠驱动移动机器人车体为刚性并忽略车轮的形变，欠驱动移动机器人运动在平面上不会发生俯仰或侧倾，车轮与地面的接触点仅产生滚动接触不会发生滑动现象，建立全局坐标系oxy，全局坐标系为建图算法生成的地图坐标系；其中坐标系原点为机器人在地图中的位置和姿态，x方向为机器人车头所对的正方向，z方向垂直地面向上，y方向为根据x,z方向满足坐标系右手定则的方向；设φ表示欠驱动移动机器人的等价转向角，将φ等价为欠驱动移动机器人前转向角，θ为欠驱动移动机器人朝向角，l表示前后轮路径，即轴距，oicr是欠驱动移动机器人瞬时旋转中心。
8、步骤2.2：根据欠驱动移动机器人运动学模型对欠驱动移动机器人的状态转换；
9、假设欠驱动移动机器人的控制空间u＝(v,ω)由线速度v和角速度ω组成，欠驱动移动机器人的状态空间s＝(x,y,θ,φ)由欠驱动移动机器人在地图平面二维坐标系中的配置参考位置点(x,y)、航向角θ和转向角φ组成，则欠驱动移动机器人的状态转换公式s＝f(s,u)如下：
10、
11、
12、
13、φi＝ωi,
14、式中，l为欠驱动移动机器人前后轴之间的距离，为机器人在点i处x方向上位置的一阶导数，为机器人在点i处y方向上位置的一阶导数，为机器人在点i处朝向角的一阶导数，φi为机器人在点i处前轮转角，vi为机器人在点i处的线速度，ωi为机器人在点i处的角速度；
15、设ζ和η分别为状态空间和控制空间中的n个离散点的集合：
16、ζ＝{si}＝{(xi,yi,θi,φi)},
17、η＝{ui}＝{(vi,ωi)}
18、步骤2.3：给定欠本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种欠驱动移动机器人在线轨迹生成及跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种欠驱动移动机器人在线轨迹生成及跟踪方法，其特征在于，步骤1中所述欠驱动移动机器人搭载16线三维激光传感器ROS操作系统；所述16线三维激光传感器与机器人平台连接，用来构建地图和定位；ROS操作系统为用于机器人的操作系统，首先设定需要探索的环境的长度、宽度和高度，通过三维激光传感器和IMU采用ROS操作系统的三维SLAM算法获取机器人当前的定位信息和感知信息生成当前环境的三维点云地图，其中感知信息包括imu数据、实时三维激光数据、图像数据和GPS数据。
3.根据权利要求1所述的一种欠驱动移动机器人在线轨迹生成及跟踪方法，其特征在于，所述步骤2包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的一种欠驱动移动机器人在线轨迹生成及跟踪方法，其特征在于，所述步骤3包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的一种欠驱动移动机器人在线轨迹生成及跟踪方法，其特征在于，所述步骤4具体为：
6.根据权利要求1所述的一种欠驱动移动机器人在线轨迹生成及跟踪
...【技术特征摘要】
1.一种欠驱动移动机器人在线轨迹生成及跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种欠驱动移动机器人在线轨迹生成及跟踪方法，其特征在于，步骤1中所述欠驱动移动机器人搭载16线三维激光传感器ros操作系统；所述16线三维激光传感器与机器人平台连接，用来构建地图和定位；ros操作系统为用于机器人的操作系统，首先设定需要探索的环境的长度、宽度和高度，通过三维激光传感器和imu采用ros操作系统的三维slam算法获取机器人当前的定位信息和感知信息生成当前环境的三维点云地图，其中感知信息包...
【专利技术属性】
技术研发人员：方正，
申请(专利权)人：睿戈智能科技沈阳有限公司，
类型：发明
国别省市：
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