CN109631907A - 一种餐厅服务机器人的巡回避障路径规划方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种餐厅服务机器人的巡回避障路径规划方法，对机器人工作环境进行建模；在建模后的地图中标出指定的服务位置；计算所有服务位置两两之间的最短距离，得到距离矩阵；根据距离矩阵安排机器人为顾客提供服务的先后顺序，得到一组服务次序；根据服务次序依次规划出相邻服务位置之间的避障路径，得到若干条避障路径片段；组合所有避障路径片段，得到一条巡回避障路径。本发明为餐厅服务机器人在室内环境中的路径规划提供了一种新方法，该方法解决了当顾客较多时，用人工方式难以安排出合理服务次序的问题，实现了餐厅服务机器人自主有效地安排服务次序，并完成对应的路径规划，可以广泛应用于餐饮行业服务类机器人的自主路径规划中。
Description
技术领域
本发明涉及一种餐厅服务机器人的巡回避障路径规划方法，具体地说，是一种帮助餐厅服务机器人在指定的多个服务位置之间进行巡回避障路径规划的方法，属于智能机器人技术领域。
背景技术
随着我国人口老龄化程度不断加深，机器人技术的重要性日益凸显。路径规划作为移动机器人技术中的核心课题之一，也是餐厅服务机器人技术中的重要组成部分。
机器人路径规划通常是指在一个存在障碍物的环境中设置一个起点和一个终点，要求找出一条避开所有障碍物的最短或近似最短路径，使机器人可以安全且快速地从起始位置到达目标位置。这种“两点一线”方式的路径规划，并没有考虑到餐厅服务机器人“多点巡回”的工作特点。
目前，虽然有针对餐厅服务机器人的相关研究考虑到了多个服务位置之间的路径规划，但对于服务次序的安排仍然依靠人工方式，机器人的自主性不够强。当餐厅中需要机器人提供服务的顾客数量较多时，如果依靠人工方式将难以安排出合理的服务次序，最终的路径规划效果也会受到影响。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种餐厅服务机器人的巡回避障路径规划方法，在地图上指定若干个服务位置，然后计算出包含两两服务位置之间最短距离的距离矩阵，根据距离矩阵安排出一组服务次序，根据这组服务次序规划出若干条避障路径片段，最后组合这些避障路径片段得到一条巡回避障路径。帮助餐厅服务机器人实现根据指定的服务位置自主安排服务次序并完成巡回避障路径规划。
技术方案：一种餐厅服务机器人的巡回避障路径规划方法，包括如下步骤：
步骤1：对机器人工作的餐厅环境进行建模，得到建模后的餐厅地图；
步骤2：在餐厅地图中人为标出指定的服务位置；
步骤3：计算所有服务位置两两之间的最短距离，得到距离矩阵；
步骤4：根据距离矩阵对机器人为用餐顾客提供服务的先后顺序进行安排，得到一组服务次序，对服务次序的安排以机器人按照服务次序巡回移动一圈后的巡回路径总长度最短为原则，巡回路径的总长度根据距离矩阵计算，与求解常规的旅行商问题相同；
步骤5：根据服务次序，使用现有的避障路径规划方法依次规划出相邻两个服务位置之间的避障路径，得到若干条避障路径片段；
步骤6：组合所有避障路径片段（根据各个避障路径片段首尾对应的服务位置，将所有避障路径片段连接起来），得到一条巡回避障路径。
优选地，所述步骤1中，采用栅格法对机器人工作的餐厅环境进行建模。
优选地，所述步骤3中，由于现有技术中，使用随机算法每次计算出的两个服务位置之间的最短距离都不确定，从而不能得到稳定的距离矩阵，因此采用距离计算结果比较稳定的元胞自动机来计算生成距离矩阵，计算方法是从终点元胞向起点元胞方向演化，当起点元胞完成演化后，此时起点元胞的状态值减去终点元胞的状态值，即可得到起点到终点的距离。
有益效果：与现有技术相比，本发明提供的餐厅服务机器人的巡回避障路径规划方法，根据距离矩阵，以求解旅行商问题的方式对多个服务位置安排出最优或近似最优的服务次序，实现了餐厅服务机器人对服务次序的自主安排，而不再需要依靠人工方式对服务次序进行安排。由于巡回避障路径是由若干条独立的避障路径片段所组成的，因此在安排好服务次序之后，可以直接使用目前已有的避障路径规划技术和方法实现餐厅服务机器人的巡回避障路径规划。通过合理地选择服务次序安排与避障路径规划的相关技术与方法，还可以使巡回避障路径的总长度尽可能趋向于最短，即使在需要服务的顾客数量较多时也同样适用。
附图说明
图1为本发明实施例的方法流程图；
图2为本发明实施例的效果示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1所示，一种餐厅服务机器人的巡回避障路径规划方法，包括如下步骤：
步骤1：使用现有的栅格法环境建模技术对机器人工作的餐厅环境进行建模，得到建模后的餐厅栅格地图，如图2所示，其中的每一个方格单元都是一个栅格；
步骤2：在栅格地图中标出指定的25个服务位置，25个服务位置中包括1个等待位置，将顾客餐桌旁一块足够服务机器人完成服务的空地作为一个服务位置，将服务机器人的出发与返回的等待位置也看作是一个服务位置，如图2中的空心栅格和S栅格，其中空心栅格表示顾客餐桌旁可供餐厅服务机器人完成服务工作的空地，S栅格表示餐厅服务机器人每次出发与返回的等待位置；
步骤3：使用元胞自动机对所有服务位置两两之间的最短距离进行计算（比如S栅格与其正东方向最近的一个空心栅格之间的最短距离为9个栅格长度），得到距离矩阵，其中服务位置之间的最短距离用两个服务位置之间的最短避障路径长度表示，将距离矩阵中所有行列号相等的元素值都设为正无穷大；
步骤4：可以按照求解旅行商问题的方式来安排服务次序，根据步骤3得到的距离矩阵，使用粒子群优化算法对餐厅服务机器人为用餐顾客提供服务的先后顺序进行安排（对服务次序的安排以机器人按照服务次序巡回移动一圈后的巡回路径总长度最短为原则，巡回路径的总长度根据距离矩阵计算），得到一组服务次序，服务次序用一组由服务位置编号组成的首尾相连的序列表示；如图2中的服务次序（从S栅格出发，按照逆时针方向依次移动到空心栅格位置，最终返回S栅格），说明服务机器人可先从S栅格向正东方向出发，移动到第一个空心栅格位置，为顾客提供完服务后再向正北方向移动到第二个空心栅格，以此类推，直到完成本轮所有服务工作，最终返回S栅格位置；
步骤5：根据步骤4得到的服务次序，再次使用元胞自动机依次规划出两两相邻的服务位置之间的避障路径（比如对S栅格与其正东方向最近的空心栅格之间规划出一条由8个灰色栅格连接而成的避障路径），如图2所示，一共得到了25条避障路径片段；
步骤6：再次根据步骤4得到的服务次序，按顺序连接组合所有的避障路径片段，最终得到一条完整的巡回避障路径，如图2中的由所有灰色栅格以及S栅格和空心栅格所构成的一条巡回避障路径。于是，餐厅服务机器人就可以按照这条规划好的路径依次移动到指定的服务位置，为用餐顾客提供相关的服务。
Claims (10)
1.一种餐厅服务机器人的巡回避障路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：对机器人工作的餐厅环境进行建模，得到建模后的餐厅地图；
步骤2：在餐厅地图中标出指定的服务位置；
步骤3：计算所有服务位置两两之间的最短距离，得到距离矩阵；
步骤4：根据距离矩阵对机器人为用餐顾客提供服务的先后顺序进行安排，得到一组服务次序；
步骤5：根据服务次序依次规划出相邻两个服务位置之间的避障路径，得到若干条避障路径片段；
步骤6：组合所有避障路径片段，得到一条巡回避障路径。
2.如权利要求1所述的一种餐厅服务机器人的巡回避障路径规划方法，其特征在于，所述步骤1中，采用栅格法对机器人工作的餐厅环境进行建模。
3.如权利要求1所述的一种餐厅服务机器人的巡回避障路径规划方法，其特征在于，将服务机器人的出发与返回的等待位置也看作是一个服务位置，所述等待位置是顾客餐桌旁一块足够服务机器人完成服务的空地。
4.如权利要求1所述的一种餐厅服务机器人的巡回避障路径规划方法，其特征在于，所述步骤3中，采用距离计算结果比较稳定的元胞自动机来计算生成距离矩阵。
5.如权利要求1所述的一种餐厅服务机器人的巡回避障路径规划方法，其特征在于，所述步骤3中，服务位置之间的最短距离用两个服务位置之间的最短避障路径长度表示，将距离矩阵中所有行列号相等的元素值都设为正无穷大。
6.如权利要求1所述的一种餐厅服务机器人的巡回避障路径规划方法，其特征在于，所述步骤4中，服务次序用一组由服务位置编号组成的首尾相连的序列表示，按照求解旅行商问题的方式来安排服务次序。
7.如权利要求6所述的一种餐厅服务机器人的巡回避障路径规划方法，其特征在于，所述步骤4中，对服务次序的安排以机器人按照服务次序巡回移动一圈后的巡回路径总长度最短为原则，巡回路径的总长度根据距离矩阵计算。
8.如权利要求1所述的一种餐厅服务机器人的巡回避障路径规划方法，其特征在于，所述步骤6中，按照服务次序中服务位置之间的先后顺序来组合避障路径片段。
9.如权利要求8所述的一种餐厅服务机器人的巡回避障路径规划方法，其特征在于，避障路径片段组合是指，根据各个避障路径片段首尾对应的服务位置，将所有避障路径片段连接起来。
10.如权利要求5所述的一种餐厅服务机器人的巡回避障路径规划方法，其特征在于，元胞自动机来计算生成距离矩阵，计算方法是从终点元胞向起点元胞方向演化，当起点元胞完成演化后，此时起点元胞的状态值减去终点元胞的状态值，即可得到起点到终点的距离。
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