【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及智能倉儲系統(tǒng)，具體涉及一種適用于多雙輪差速機器人系統(tǒng)的倉儲環(huán)境避障算法。
技術(shù)介紹
1、近年來，機器人在商業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用迅速擴展，涵蓋了室外巡檢、服務(wù)業(yè)、醫(yī)療健康以及倉儲物流等多個領(lǐng)域。高效、智能的“貨到人”倉儲系統(tǒng)模式應(yīng)運而生，不僅有效緩解了物流行業(yè)因人力資源短缺而帶來的運營壓力，更通過精準匹配、自動化操作及智能調(diào)度，極大地降低了運營成本，同時實現(xiàn)了作業(yè)效率的質(zhì)的飛躍。
2、目前，針對機器人與靜態(tài)障礙物共存的避障問題，常見的解決方案是通過融合多種算法。盡管一些改進算法嘗試在通信延遲的情況下預估其他機器人的位置，但由于機器人實際移動能力的限制，預估結(jié)果常與實際情況不符，導致位置誤差的積累。這種誤差在倉儲環(huán)境中可能引發(fā)機器人與障礙物的碰撞，帶來經(jīng)濟損失。最后，現(xiàn)有的雙輪差速機器人在執(zhí)行能力上存在顯著限制。速度障礙算法生成的速度矢量在轉(zhuǎn)化為實際運動指令時，可能因數(shù)學公式轉(zhuǎn)換的誤差導致多機器人之間發(fā)生碰撞，進一步影響了算法的可靠性和安全性。
3、因此，為了確保速度障礙與動態(tài)窗口的融合算法能夠在倉儲環(huán)境中有效應(yīng)用，需進一步考慮實際倉儲環(huán)境中的機器人形狀、障礙物信息獲取誤差以及雙輪差速機器人的執(zhí)行能力，并對算法進行相應(yīng)改進，以提升其在復雜倉儲場景下的適用性和穩(wěn)定性。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)針對倉儲環(huán)境中的多雙輪差速機器人形狀、障礙物信息獲取誤差以及機器人的執(zhí)行能力，提出了一種融合速度障礙與動態(tài)窗口的融合算法，旨在提升倉儲環(huán)境下的避障安全性與高效性。該
2、本專利技術(shù)的目的可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
3、一種適用于多雙輪差速機器人系統(tǒng)的倉儲環(huán)境避障算法，所述算法包括：
4、步驟一、采集機器人和障礙物外部輪廓信息構(gòu)建外部輪廓多邊形；
5、步驟二、根據(jù)機器人移動距離障礙物位置信息變化獲取位置誤差形狀多邊形；
6、步驟三、根據(jù)機器人與障礙物的外部輪廓多邊形和位置誤差多邊形，通過閔可夫斯基和算法對這些多邊形進行組合計算，生成包含位置誤差的障礙物形狀的多邊形；
7、步驟四、根據(jù)機器人與障礙物的表示多邊形，將機器人與障礙物的避障轉(zhuǎn)化為質(zhì)點與組合多邊形的避障；
8、步驟五、依據(jù)質(zhì)點與組合多邊形的關(guān)系設(shè)定相對速度障礙和生成位置障礙信息；
9、步驟六、根據(jù)位置障礙和環(huán)境中的誤差信息大小，設(shè)置倉儲場景中移動機器人所在位置區(qū)域的碰撞概率；
10、步驟七、從機器人可執(zhí)行的速度區(qū)間中進行采樣，生成多條機器人移動軌跡，根據(jù)位置空間中的概率信息，計算每一個軌跡對應(yīng)的碰撞信息；
11、步驟八、根據(jù)速度采樣信息，定義評價函數(shù)，結(jié)合環(huán)境因素、機器人運動要求以及安全性評估，評價不同路徑的優(yōu)劣，選擇最佳路徑。
12、優(yōu)選地，步驟二中位置誤差形狀多邊形的獲取方式為：
13、
14、其中，(xi,yi)是離散后的點的坐標，(h,k)是橢圓的中心點位置，a是橢圓的長軸信息，b是橢圓的短軸信息，n是要生成的點的總數(shù)目，通過將這些點連接成一個近似的多邊形表示。
15、優(yōu)選地，步驟四中根據(jù)機器人與障礙物的表示多邊形，將機器人與障礙物的避障轉(zhuǎn)化為質(zhì)點與組合多邊形的避障：
16、假設(shè)機器人表示多邊形的中心位置坐標為頂點有n個，頂點表示為{pr1,pr2,......prn}，頂點坐標為(xri,yri)，某一個障礙物的表示多邊形中心位置為頂點有m個，其頂點表示為{po1,po2,......pom}，頂點的坐標為(xoj,yoj)；通過機器人的中心位置信息，計算機器人以及障礙物相對位置信息：
17、
18、其中，δc(xδoj,yδoj)是障礙物的相對位置坐標，δc(xδri,yδri)是其它機器人的相對位置坐標；是該機器人表示多邊形的中心位置坐標，(xoj,yoj)是障礙物表示多邊形的頂點坐標，(xri,yri)是其它機器人表示多邊形的頂點坐標；
19、利用閔可夫斯基和計算相對位置信息下的機器人與障礙物的表示多邊形頂點的組合結(jié)果：
20、s＝{(xδri+xδoj,yδri+yδoj)∣i∈[1,n],j∈[1,m]}
21、其中，借助s作為表示多邊形頂點的組合結(jié)果，(xδri,yδri)是相對位置下的其它機器人位置坐標，(xδoj,yδoj)是相對位置下的障礙物位置坐標；n是其它機器人表示多邊形的頂點數(shù)量，m是障礙物表示多邊形的頂點數(shù)量；
22、提取最外圍輪廓點{p1,p2,......pk}來描述最終的組合結(jié)果，得到一個能夠包含所有閔可夫斯基和結(jié)果的外部形狀多邊形，作為機器人與障礙物結(jié)合的組合多邊形。
23、優(yōu)選地，步驟五中：
24、根據(jù)質(zhì)點與組合多邊形，設(shè)置相對速度障礙，根據(jù)機器人與障礙物獲得的組合多邊形，得到在時間τ下的點集構(gòu)成一個新的封閉多邊形；
25、計算新封閉多邊形中每個頂點的角度，假設(shè)每個頂點對應(yīng)的坐標是(aix,aiy),i∈k，則：
26、
27、其中，θi是每個頂點對應(yīng)的角度，(aix,aiy)是每個頂點對應(yīng)的坐標，k為新封閉多邊形的頂點數(shù)目；得到角度最大和最小的頂點，將其作為切點，從而得到從速度空間的原點到該多邊形的切線；
28、在時間τ下，切點將多邊形分為兩部分，將兩部分中的頂點放入不同的點集集合，并求解每個頂點到原點的距離：
29、
30、其中，di是每個頂點與原點的距離，(aix,aiy)是每個頂點對應(yīng)的坐標，k為新封閉多邊形的頂點數(shù)目；判斷此時最小距離，將所屬點集按順序連接，并作為兩切點之間的信息；由切線與順序連接點集圍成的區(qū)域，即為相對速度障礙；
31、對于移動的障礙物，獲取其速度v(vx,vy)，借助閔可夫斯基和，將相對速度障礙r轉(zhuǎn)化為絕對速度障礙a：
32、a＝r⊕v
33、其中，r代表相對速度障礙，a代表絕對速度障礙，v表示障礙物的速度信息；
34、基于機器人自身的位置信息p(px,py)和計劃的移動時間t，將絕對速度障礙a轉(zhuǎn)換為位置空間的位置障礙l：
35、l＝a*t⊕p。
36、優(yōu)選地，步驟六中獲取碰撞概率的方式為：
37、將機器人當前位置作為中心，將其周圍的操作空間劃分為一系列精細的像素點，每個像素點代表環(huán)境中的一個微小區(qū)域，利用已獲取的障礙物信息，計算每個像素點中心到位置障礙邊界的最短距離，對于直接位于位置障礙內(nèi)部的像本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種適用于多雙輪差速機器人系統(tǒng)的倉儲環(huán)境避障算法，其特征在于，所述算法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于多雙輪差速機器人系統(tǒng)的倉儲環(huán)境避障算法，其特征在于，所述步驟二中位置誤差形狀多邊形的獲取方式為：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于多雙輪差速機器人系統(tǒng)的倉儲環(huán)境避障算法，其特征在于，所述步驟四中根據(jù)機器人與障礙物的表示多邊形，將機器人與障礙物的避障轉(zhuǎn)化為質(zhì)點與組合多邊形的避障：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種適用于多雙輪差速機器人系統(tǒng)的倉儲環(huán)境避障算法，其特征在于，所述步驟五中：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于多雙輪差速機器人系統(tǒng)的倉儲環(huán)境避障算法，其特征在于，所述步驟六中獲取碰撞概率的方式為：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種適用于多雙輪差速機器人系統(tǒng)的倉儲環(huán)境避障算法，其特征在于，依據(jù)環(huán)境中的誤差信息的標準差σ，每個像素點的碰撞概率可以通過以下公式計算：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于多雙輪差速機器人系統(tǒng)的倉儲環(huán)境避障算法，其特征在于，所述步驟七中移動軌跡的生成過程為：
8.
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于多雙輪差速機器人系統(tǒng)的倉儲環(huán)境避障算法，其特征在于，所述步驟八中進行最佳路徑的選擇的方式包括根據(jù)速度采樣信息，定義評價函數(shù)，結(jié)合環(huán)境因素、機器人運動要求以及安全性評估，評價不同路徑的優(yōu)劣：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種適用于多雙輪差速機器人系統(tǒng)的倉儲環(huán)境避障算法，其特征在于，所述算法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于多雙輪差速機器人系統(tǒng)的倉儲環(huán)境避障算法，其特征在于，所述步驟二中位置誤差形狀多邊形的獲取方式為：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于多雙輪差速機器人系統(tǒng)的倉儲環(huán)境避障算法，其特征在于，所述步驟四中根據(jù)機器人與障礙物的表示多邊形，將機器人與障礙物的避障轉(zhuǎn)化為質(zhì)點與組合多邊形的避障：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種適用于多雙輪差速機器人系統(tǒng)的倉儲環(huán)境避障算法，其特征在于，所述步驟五中：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于多雙輪差速機器人系統(tǒng)的倉儲環(huán)境避障算法，其特征在于，所述步驟六中獲取碰撞概率的方式為：<...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：閆金金，高文霞，
申請(專利權(quán))人：青島哈爾濱工程大學創(chuàng)新發(fā)展中心，
類型：發(fā)明
國別省市：
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