用于移动机器人的路径规划方法及程序产品与流程

技术特征：
1.一种用于移动机器人的路径规划方法，其中，所述路径规划方法包括以下步骤：信息获取步骤s11，其中，获取待规划的第一路径(2)的起点、终点和预定的途经点集合的位置信息，所述途经点集合为由至少一个途经点组成的集合；曲线确定步骤s12，其中，根据起点、终点和途经点集合的位置信息确定从起点开始经过所述至少一个途经点并在终点结束的光滑的曲线，所述曲线具有连续的二阶导数；以及路径确定步骤s13，其中，将所述光滑曲线作为移动机器人(1)的第一路径(2)。2.根据权利要求1所述的路径规划方法，其中，信息获取步骤s11还包括获取待规划的第一路径(2)的附加约束信息，所述附加约束信息包括下述中的至少一者：预定的起点速度方向，其表示移动机器人(1)在起点处的速度方向；预定的路径起点曲率，其表示待规划的第一路径(2)在起点处的曲率；预定的终点速度方向，其表示移动机器人(1)在终点处的速度方向；预定的路径终点曲率，其表示待规划的第一路径(2)在终点处的曲率；预定的途经点速度方向，其表示移动机器人(1)在所述至少一个途经点处的速度方向，其中，在曲线确定步骤s12中，附加地根据附加约束信息确定所述曲线。3.根据权利要求1或2所述的路径规划方法，其中，所述曲线为贝塞尔曲线或b样条曲线。4.根据权利要求3所述的路径规划方法，其中，所述至少一个途经点的数量为m，其中m为任意正整数，所述曲线为m 3阶贝塞尔曲线，所述贝塞尔曲线的第一个控制点和第m 4个控制点分别为起点和终点。5.根据权利要求4所述的路径规划方法，其中，所述曲线由下式表示：其中，i＝0,1,
…
,m 4，,m 4，表示贝塞尔曲线的控制点的坐标并且其中，控制点的坐标通过以下方式来确定：为起点的坐标，为终点的坐标；(x
1-x0)、(y
1-y0)分别与同正负，其中，是表示预定的起点速度方向的单位矢量；(x
m 3-x
m 2
)、(y
m 3-y
m 2
)分别与)分别与同正负，其中，是表示预定的终点速度方向的单位矢量；其中，表示所述至少一个途经点中的第j个途经点的坐标，j＝1,2,
…
,m，表示第j个途经点对应的s的取值；
与的方向相同，其中，是表示在第j个途经点处的预定的途经点速度方向的单位矢量，p
′
(s)表示的一阶导的坐标，表示在处的一阶导的坐标；将s＝0和к(0)＝к0代入中，其中，к0表示预定的路径起点曲率，p
x
′
(s)、p
y
′
(s)、p
x
″
(s)、p
y
″
(s)分别是的一阶导横、纵坐标和二阶导横、纵坐标；将s＝1和к(1)＝к1代入中，其中，к1表示预定的路径终点曲率。6.根据权利要求5所述的路径规划方法，其中，途经点集合包含恰好一个途经点，在曲线确定步骤s12中确定的曲线由下式表示：其中，表示贝塞尔曲线的控制点的坐标并且其中，控制点的坐标通过以下方式来确定：为起点的坐标，为终点的坐标；(x
1-x0)、(y
1-y0)分别与同正负，其中，是表示预定的起点速度方向的单位矢量；(x
4-x3)、(y
4-y3)分别与同正负，其中，是表示预定的终点速度方向的单位矢量；其中，(x
v
,y
v
)表示途经点的坐标，s
v
表示途经点对应的s的取值；其中，
的第一分量和第二分量分别与和同正负，是表示在途经点处的预定的途经点速度方向的单位矢量；其中，к0表示预定的路径起点曲率，其中，к1表示预定的路径终点曲率。7.根据权利要求1-6中任一项所述的路径规划方法，其中，移动机器人(1)为差速机器人。8.一种用于移动机器人的全局路径规划方法，其中，所述全局路径规划方法包括以下步骤：初始规划步骤s21，其中，获取用于移动机器人(1)的初始的全局路径(3)；途经点确定步骤s22，其中，确定途经点集合，途经点表示移动机器人(1)需要经过的点，所述途经点集合为由至少一个途经点组成的集合，并且包含全局路径(3)未经过的至少一个遗漏的途经点；局部路径确定步骤，其中，确定全局路径(3)中的邻近途经点集合所包含的途经点的初始局部路径区段(31)；重新规划步骤s24，其中，将所述初始局部路径区段(31)的起始点和终止点分别作为起点和终点，基于起点、终点和途经点集合根据权利要求1-7中任一项所述的路径规划方法确定用于移动机器人(1)的第一路径(2)；以及路径替换步骤s25，其中，将全局路径(3)中的初始局部路径区段(31)替换为第一路径(2)。9.根据权利要求8所述的全局路径规划方法，其中，在重新规划步骤s24中，执行下述中的至少一者：使第一路径(2)的起点速度方向等于初始局部路径区段(31)的起点速度方向；使第一路径(2)的路径起点曲率等于初始局部路径区段(31)的路径起点曲率；使第一路径(2)的终点速度方向等于初始局部路径区段(31)的终点速度方向；使第一路径(2)的路径终点曲率等于初始局部路径区段(31)的路径终点曲率。10.根据权利要求8或9所述的全局路径规划方法，其中，在重新规划步骤s24中，第一路径(2)被确定为使得至少一个途经点处的速度方向满足以下条件中的一者：
与初始局部路径区段(31)上的距离相应的途经点最近的点的速度方向相同；与初始局部路径区段(31)的起始点到终止点的方向相同；满足移动机器人(1)在相应的途经点处的任务需求。11.根据权利要求8-10中任一项所述的全局路径规划方法，其中，在途经点确定步骤s22中，确定移动机器人(1)应经过的途经点，从全局路径(3)未经过的遗漏的途经点中最靠近全局路径(3)的起始点的第一途经点开始，将第一途经点和满足以下条件的途经点作为途经点集合中的途经点之一：全局路径(3)上的相应地距离途经点集合中的各途经点最近的点中的每两个相邻点之间的路径长度小于预定的阈值。12.根据权利要求8-11中任一项所述的全局路径规划方法，其中，在局部路径确定步骤中，初始局部路径区段(31)的起始点和终止点被确定为使得：沿着全局路径(3)的方向，初始局部路径区段(31)的起始点位于全局路径(3)上的所有分别距离途经点集合中的各途经点最近的点之前；沿着全局路径(3)的方向，初始局部路径区段(31)的终止点位于全局路径(3)上的所有分别距离途经点集合中的各途经点最近的点之后。13.根据权利要求8-12中任一项所述的全局路径规划方法，其中，所述全局路径规划方法还包括：重复执行途经点确定步骤s22、局部路径确定步骤s23、重新规划步骤s24和路径替换步骤s25，直到不存在移动机器人(1)应经过而全局路径(3)未经过的遗漏的途经点。14.一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以下步骤：实时途经点检测步骤s31，其中，在移动机器人(1)沿着规划路径运动期间，检测位于相对于移动机器人(1)的当前位置点的预定距离范围内的规划路径未经过的至少一个遗漏的途经点，所述途经点表示移动机器人(1)需要经过的点；实时途经点确定步骤s32，其中，确定途经点集合，所述途经点集合为由至少一个途经点组成的集合并且包含所述至少一个遗漏的途经点；实时局部路径确定步骤s33，其中，确定规划路径中的邻近途经点集合所包含的途经点的原局部路径区段；实时重新规划步骤s34，其中，将所述原局部路径区段的起始点和终止点分别作为起点和终点，基于起点、终点和途经点集合根据权利要求1-7中任一项所述的路径规划方法确定用于移动机器人(1)的第一路径(2)；以及实时路径替换步骤s35，其中，将规划路径中的原局部路径区段替换为第一路径(2)，并控制移动机器人(1)按照替换后的规划路径运动。15.根据权利要求14所述的运动控制方法，其中，在实时局部路径确定步骤s33中，将移动机器人(1)的当前位置点作为原局部路径区段的起始点。16.根据权利要求14或15所述的运动控制方法，其中，在实时重新规划步骤s34中，执行下述中的至少一者：使第一路径(2)的起点速度方向等于原局部路径区段的起点速度方向；使第一路径(2)的路径起点曲率等于原局部路径区段的路径起点曲率；使第一路径(2)的终点速度方向等于原局部路径区段的终点速度方向；
使第一路径(2)的路径终点曲率等于原局部路径区段的路径终点曲率。17.根据权利要求14-16中任一项所述的运动控制方法，其中，在实时重新规划步骤s34中，第一路径(2)被确定为使得至少一个途经点处的速度方向满足以下条件中的一者：与原局部路径区段上的距离相应的途经点最近的点的速度方向相同；与原局部路径区段的起始点到终止点的方向相同；满足移动机器人(1)在相应的途经点处的任务需求。18.根据权利要求14-17中任一项所述的运动控制方法，其中，在实时途经点确定步骤s32中，将所述至少一个遗漏的途经点和满足以下条件的途经点作为途经点集合中的途经点之一：规划路径上的相应地距离途经点集合中的各途经点最近的点中的每两个相邻点之间的路径长度小于预定的阈值。19.根据权利要求14-18中任一项所述的运动控制方法，其中，在实时局部路径确定步骤s33中，原局部路径区段的起始点和终止点被确定为使得：沿着规划路径的方向，原局部路径区段的起始点位于规划路径上的所有分别距离途经点集合中的各途经点最近的点之前；沿着规划路径的方向，原局部路径区段的终止点位于规划路径上的所有分别距离途经点集合中的各途经点最近的点之后。20.根据权利要求14-18中任一项所述的运动控制方法，其中，所述运动控制方法还包括：重复执行实时途经点确定步骤s32、实时局部路径确定步骤s33、实时重新规划步骤s34和实时路径替换步骤s35，直到不存在移动机器人(1)应经过而规划路径未经过的遗漏的途经点。21.一种计算机程序产品，其包括计算器程序指令，其中，当所述计算机程序指令被一个或多于一个处理器执行时，所述处理器够执行根据权利要求1-7中任一项所述的路径规划方法或根据权利要求8-13中任一项所述的全局路径规划方法或根据权利要求14-20中任一项所述的运动控制方法。

技术总结
本发明提出了一种用于移动机器人的路径规划方法，其中，所述路径规划方法包括以下步骤：信息获取步骤S11，其中，获取待规划的第一路径的起点、终点和预定的途经点集合的位置信息，所述途经点集合为由至少一个途经点组成的集合；曲线确定步骤S12，其中，根据起点、终点和途经点集合的位置信息确定从起点开始经过所述至少一个途经点并在终点结束的光滑的曲线，所述曲线具有连续的二阶导数；路径确定步骤S13，其中，将所述光滑曲线作为移动机器人的第一路径。还提出了一种用于移动机器人的全局路径规划方法和一种用于移动机器人的运动控制方法以及相应的计算机程序产品。借助于本发明，能够确保移动机器人能够沿光滑的路径运动并准确地经过途经点。并准确地经过途经点。并准确地经过途经点。


技术研发人员：赵安 张传发 邸兴超 赵雨辰
受保护的技术使用者：灵动科技（北京）有限公司
技术研发日：2021.08.11
技术公布日：2023/2/17