CN110989607A - 基于序号的机器人路径规划及行走控制方法及系统 - Google Patents

基于序号的机器人路径规划及行走控制方法及系统 Download PDF

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袁俊超
李睿
陈桂芳
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    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
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Abstract

本发明公开了一种基于序号的机器人路径规划及行走控制方法，包括如下步骤：建立配送区域地图，在所述区域地图上定义配送目标点，将各个配送目标点的位置信息写入配置文件，并在配置文件中定义各个配送目标点的坐标序号；获取用户的指令；获取机器人当前位置信息，并读取配置文件；生成路径规划序列，把配送目标点，转换成坐标序号信息，生成至路径规划序列中；并把所述路径规划序列发送给机器人；机器人根据坐标序号信息进行行走；机器人完成用户指令后，等待下一条用户指令、重新进入执行步骤。及相应的控制系统，本发明通过基于序号的方式，提供了一套简洁易用的路径规划序列编码和解码方法，发送数据量少，能干预机器人行走过程中的动作。

Description

基于序号的机器人路径规划及行走控制方法及系统
技术领域
本发明涉及机器人路径规划的系统及方法。
背景技术
自主移动式机器人已被应用于多个场景，例如展馆引导参观、短距离送货、医院内送药、餐厅内送餐等，都是机器人的应用场景。在此背景下，机器人移动的路径选择方法尤为重要。
但是，现有的机器人路径规划方法存在复杂度高、外部程序可干预少的缺点，在执行远距离、途径多个目标的任务时路径难以规划。
发明内容
针对上述现有技术不足，本发明需要解决的技术问题是，提供一个简便易用的行走控制机制供机器人调用，提高人工干预的可行性，满足执行远距离、多目标任务时，能有效进行路径规划。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为，一种基于序号的机器人路径规划及行走控制方法，包括如下步骤：
配置步骤：
建立配送区域地图，在所述区域地图上定义配送目标点，将各个配送目标点的位置信息写入配置文件；
执行步骤：
获取用户的指令；
获取机器人当前位置信息，并读取配置文件；
生成路径规划序列，其中，把机器人当前位置点、用户指令所指示的配送目标点，转换成坐标序号信息，生成至路径规划序列中；并把所述路径规划序列发送给机器人；
机器人根据坐标序号信息进行行走；
机器人完成用户指令后，等待下一条用户指令、重新进入执行步骤。
进一步的技术方案为，所述配置步骤中，所述各个配送目标点的位置信息包含正路径信息及反路径信息，所述各个配送目标点的坐标序号包含有正路径坐标序号和反路径坐标序号；
所述执行步骤中，获取机器人当前位置信息的步骤，还包括获取机器人当前位置的方向信息；
机器人根据坐标序号信息进行行走，并根据路径序号的正、反信息判断是否执行原地转向。
进一步的技术方案为，所述位置信息还包括正路径方向角信息和反路径方向角信息，所述正路径方向角信息为对应配送目标点所在地沿路径轮廓的正切线方向的角度信息，所述反路径方向角信息为对应配送目标点所在地沿路径轮廓的反切线方向的角度信息。
进一步的技术方案为，所述执行步骤中，所述机器人实现原地转向的步骤为：在路径规划序列中，在需要转向的目标位置与下一目标位置之间插入需要转向的目标位置的相反方向的坐标序号。
本发明还涉及一种基于序号的机器人路径规划及行走控制系统，包括：
机器人界面控制系统，
用于建立配送区域地图，生成配置文件，其中，所述区域地图定义有配送目标点，所述配置文件中记录有各个配送目标点的位置信息；
用于接收用户指令和接收机器人当前位置信息；
用于把机器人当前位置点、用户指令所指示的配送目标点，转换成坐标序号信息，生成至路径规划序列中，并把所述路径规划序列发送给机器人；
机器人底盘，用于根据坐标位置信息进行行走。
进一步的技术方案为，所述机器人界面控制系统还用于生成所述配置文件，包含所述各个配送目标点的位置信息包含正路径信息及反路径信息，所述各个配送目标点的坐标序号包含有正路径坐标序号和反路径坐标序号；
还用于获取机器人当前位置的方向信息；
机器人还用于根据坐标序号信息进行行走，并根据路径序号的正、反信息判断是否执行原地转向。
进一步的技术方案为，所述位置信息还包括正路径方向角信息和反路径方向角信息，所述正路径方向角信息为对应配送目标点所在地沿路径轮廓的正切线方向的角度信息，所述反路径方向角信息为对应配送目标点所在地沿路径轮廓的反切线方向的角度信息。
进一步的技术方案为，所述机器人界面控制系统，所述机器人实现原地转向的步骤为：在路径规划序列中，在需要转向的目标位置与下一目标位置之间插入需要转向的目标位置的相反方向的坐标序号。
本发明通过基于序号的方式，提供了一套可被上位机程序使用的简洁易用的路径规划序列编码和解码方法，发送数据量少，能干预机器人行走过程中的动作。
附图说明
图1为本发明基于序号的机器人路径规划及行走控制系统的示意图。
图2为本发明基于序号的机器人路径规划及行走控制方法的流程示意图。
图3为本发明基于序号的机器人路径规划及行走控制方法的工作状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1及图2所示，本发明涉及一种基于序号的机器人路径规划及行走控制方法，包括配置步骤和执行步骤，其中，
配置步骤：
建立配送区域地图，在所述区域地图上定义配送目标点；以某组机器人应用于医院住院部取药并为病人送药的场景为例，先建立医院整体的地图，包括每楼层地形等。将各个配送目标点(例如取药点、每层的病房位置、走廊通信位置、电梯门、充电位置等各种需要及机器人执行动作的点)的位置信息写入配置文件，其中，建立配送区域地图，可以采用由机器人行走扫描实现，或者设计人员载入地图的方式实现。
执行步骤：
由机器人界面控制系统获取用户的指令；例如，从当前位置行走至2楼取药处进行取药，再到5楼病房处放药。
机器人界面控制系统获取机器人当前位置信息，并读取配置文件；生成路径规划序列，其中，把机器人当前位置点、用户指令所指示的配送目标点，转换成坐标序号信息，生成至路径规划序列中；并把所述路径规划序列发送给机器人；具体地，生成序号形式的路径规划序列，经中间转换层变为坐标形式的路径规划序列在发给底盘
其中，所述各个配送目标点的位置信息都包含正路径信息及反路径信息，所述各个配送目标点的坐标序号包含有正路径坐标序号和反路径坐标序号，即对每个配送目标点都定义正、反两个坐标序号，正、反两个坐标序号采用在同一编号中，例如图3所示，对于当前位置A、办公位置B、办公位置C，三个地点，定义为1、2、3序号，反路径坐标序号则分别为4、5、6。
具体地，所述位置信息还包括正路径方向角信息和反路径方向角信息，所述正路径方向角信息为对应配送目标点所在地沿路径轮廓的正切线方向的角度信息，所述反路径方向角信息为对应配送目标点所在地沿路径轮廓的反切线方向的角度信息。即对A位置而言，序号1与序号4为坐标相同，角度相反的两个路径信息。
获取机器人当前位置信息的步骤，还包括获取机器人当前位置的方向信息；机器人根据坐标序号信息进行行走，并根据路径序号的正、反信息判断是否执行原地转向。机器人根据坐标序号信息进行行走，在每个位置开始行走前，先判断当前位置方向与目标位置方向是否一致，若不一致则进行原地转向；即在所述路径规划序列中，在机器人当前位置与目标位置直接插入当前点的正向或反向序列。
考虑到机器人的设计可能存在只有右侧或只有左侧设有操作装置(例如储物仓门、载物台、控制面板等)的情形，在此情况下，机器人工作时，在目标位置处(即工作位置)必然要求指定侧面对着服务对象，因此需要进行转向。例如图3所示，假设机器人的工作台在其右侧，图中所示箭头方向为机器人正面的朝向，服务对象则需要在机器人右侧。当机器人在位置A时，服务对象在A1工位，位置B、B1工位、位置C、C1工位同理。
以上文的工作情景为例，假设以逆时针方向为正方向，以以下几种工作情形为例：(1)机器人从A位置出发，到B位置取文件，到C位置放下文件。此时，路径规划序列会按照序号1、2、3的顺序，机器人界面控制系统把已经转换好的坐标形式的路径规划序列在发给机器人底盘。机器人会按照A、B、C三个位置进行行走，由于都是正向路径，所以图中机器人不会转向。
(2)机器人从A位置出发，到C位置取文件。此时，假设此时机器人停留方向是正方向，则机器人在A位置序号1，C位置的正向序号为序号3。而机器人从A位置直接走向C位置，以顺时针方向行走更为快捷，即行走反方向路径。此时，在路径序号1、序号3之间，插入与目标位置的相反的路径，即具有相反角度，位置坐标相同的位置信息，具体到本例子中，即为插入序号4。此时，机器人底盘执行的行走为，先在出发点序号1指令原地不动，序号4指令原地转向(由于序号1与序号4坐标相同、方向不同)，在以顺时针方向走向C位置，到达C位置后，机器人自动再转成C位置的正向，即右侧对准C1工位。
机器人根据坐标序号信息进行行走；行走途中由机器人底盘执行基本的动态避障动作。需要说明的是，动态避障的具体实现方式并不是本发明考虑的范围，只需采用现有的动态避障方法以实现即可。
机器人完成用户指令后，等待下一条用户指令、重新进入执行步骤。另一方面，路径规划序列中，可以加入机器人动作信息，例如到达序号2地点后降低载物台，用于装货等。
本发明还涉及一种基于序号的机器人路径规划及行走控制系统，包括：
机器人界面控制系统，
用于建立配送区域地图，生成配置文件，其中，所述区域地图定义有配送目标点，所述配置文件中记录有各个配送目标点的位置信息；
用于接收用户指令和接收机器人当前位置信息；
用于把机器人当前位置点、用户指令所指示的配送目标点，转换成坐标序号信息，生成至路径规划序列中，并把所述路径规划序列发送给机器人；
机器人底盘，用于根据坐标位置信息进行行走。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种基于序号的机器人路径规划及行走控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
配置步骤：
建立配送区域地图，在所述区域地图上定义配送目标点，将各个配送目标点的位置信息写入配置文件；
执行步骤：
获取用户的指令；
获取机器人当前位置信息，并读取配置文件；
生成路径规划序列，其中，把机器人当前位置点、用户指令所指示的配送目标点，转换成坐标序号信息，生成至路径规划序列中；并把所述路径规划序列发送给机器人；
机器人根据坐标序号信息进行行走；
机器人完成用户指令后，等待下一条用户指令、重新进入执行步骤。
2.根据权利要求1所述的基于序号的机器人路径规划及行走控制方法，其特征在于，所述配置步骤中，所述各个配送目标点的位置信息包含正路径信息及反路径信息；
所述执行步骤中，获取机器人当前位置信息的步骤，还包括获取机器人当前位置的方向信息，所述各个配送目标点的坐标序号包含有正路径坐标序号和反路径坐标序号；
机器人根据坐标序号信息进行行走，并根据路径序号的正、反信息判断是否执行原地转向。
3.根据权利要求2所述的基于序号的机器人路径规划及行走控制方法，其特征在于，所述位置信息还包括正路径方向角信息和反路径方向角信息，所述正路径方向角信息为对应配送目标点所在地沿路径轮廓的正切线方向的角度信息，所述反路径方向角信息为对应配送目标点所在地沿路径轮廓的反切线方向的角度信息。
4.根据权利要求2所述的基于序号的机器人路径规划及行走控制方法，其特征在于，
所述执行步骤中，所述机器人实现原地转向的步骤为：在路径规划序列中，在需要转向的目标位置与下一目标位置之间插入需要转向的目标位置的相反方向的坐标序号。
5.一种基于序号的机器人路径规划及行走控制系统，其特征在于，包括：
机器人界面控制系统，
用于建立配送区域地图，生成配置文件，其中，所述区域地图定义有配送目标点，所述配置文件中记录有各个配送目标点的位置信息；
用于接收用户指令和接收机器人当前位置信息；
用于把机器人当前位置点、用户指令所指示的配送目标点，转换成坐标序号信息，生成至路径规划序列中，并把所述路径规划序列发送给机器人；
机器人底盘，用于根据坐标位置信息进行行走。
6.根据权利要求5所述的基于序号的机器人路径规划及行走控制系统，其特征在于，
所述机器人界面控制系统还用于生成所述配置文件，所述各个配送目标点的位置信息包含正路径信息及反路径信息，所述各个配送目标点的坐标序号包含有正路径坐标序号和反路径坐标序号；
还用于获取机器人当前位置的方向信息；
所述机器人底盘还用于根据坐标序号信息进行行走，并根据路径序号的正、反信息判断是否执行原地转向。
7.根据权利要求6所述的基于序号的机器人路径规划及行走控制系统，其特征在于，
所述位置信息还包括正路径方向角信息和反路径方向角信息，所述正路径方向角信息为对应配送目标点所在地沿路径轮廓的正切线方向的角度信息，所述反路径方向角信息为对应配送目标点所在地沿路径轮廓的反切线方向的角度信息。
8.根据权利要求6所述的基于序号的机器人路径规划及行走控制系统，其特征在于，
所述机器人界面控制系统，所述机器人实现原地转向的步骤为：在路径规划序列中，在需要转向的目标位置与下一目标位置之间插入需要转向的目标位置的相反方向的坐标序号。
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