一种仓储环境下AGV路径规划方法和装置转让专利
申请号 : CN202210039734.5
文献号 : CN114089774B
文献日 : 2022-04-12
发明人 : 胡子骏 , 汪洋 , 班健 , 张宁
申请人 : 中国科学院微电子研究所
摘要 :
权利要求 :
1.一种仓储环境下AGV路径规划方法,其特征在于,包括:获取AGV当前状态下的运动模型和位姿;
对所述AGV的速度进行采样,以使用采样的速度模拟所述AGV的运行轨迹;
计算所述运行轨迹在距起点和终点的欧几里得距离、朝向角度、障碍物距离、线速度、距终点的曼哈顿距离五个方面的总评分,并选择所述总评分最好的轨迹作为最优轨迹,其中,通过以下总的评价函数对速度矢量对应的运行轨迹进行评价:其中,G表示总的评价函数值,heading用于评价当前航向与目标点方向之间的偏差,distance用于评价当前轨迹上各点和障碍物之间的最小距离,velocity用于评价当前AGV速度的大小,euclidean用于评价AGV距所述起点和所述终点的距离之和,manhattan用于评价当前AGV与终点之间的曼哈顿距离,α、β、γ、δ和ε是各自加权系数,所述各自加权系数均为常数;
在选择所述最优轨迹之后,判断所述AGV的当前点位置是否达到坐标阈值,其中,将所述坐标阈值设置在所述起点与中转点之间并且将所述坐标阈值选择在隘口附近的横坐标阈值或纵坐标阈值,当所述AGV的当前点位置没有达到坐标阈值时,判断所述AGV是否到达目标坐标位置;以及
当所述AGV到达所述目标坐标位置时,获取所述AGV的运行轨迹图。
2.根据权利要求1所述的仓储环境下AGV路径规划方法,其特征在于,进一步包括:当所述AGV的当前点位置到达所述坐标阈值时,将当前终点更新为最终终点同时更新地图;以及
重复执行根据权利要求1所述的各个步骤。
3.根据权利要求1所述的仓储环境下AGV路径规划方法,其特征在于,进一步包括:当所述AGV没有到达所述目标坐标位置时,更新地图并重复执行根据权利要求1所述的各个步骤。
4.根据权利要求1所述的仓储环境下AGV路径规划方法,其特征在于,获取AGV当前状态下的运动模型和位姿进一步包括:在所述AGV的运动模型中,获取所述AGV的当前线速度v和当前角速度ω;
在所述AGV的位姿中,获取所述AGV的当前位置坐标(x,y)和当前角度θ,用于确定下一步的速度空间及所处位置,其中,基于所述AGV的线速度v和角速度w,获取所述AGV的位姿坐标及运动轨迹坐标为:其中,qp为所述AGV的当前角度,xp为所述AGV当前所处位置的横坐标,yp为所述AGV当前所处位置的纵坐标。
5.根据权利要求1所述的仓储环境下AGV路径规划方法,其特征在于,对所述AGV的速度进行采样进一步包括:
根据所述AGV的加减速性能确定第一速度空间为:其中,v表示线速度,vp表示当前线速度,amin、amax表示最小线加速度和最大线加速度;w表示角速度,wp表示当前角速度,βmin、βmax表示最小角加速度和最大角加速度;t表示单位时间间隔;
根据所述AGV的速度限制确定第二速度空间为:其中,vmin、vmax表示最小线速度和最大线速度,wmin、wmax表示最小角速度和最大角速度;
以及
所述速度采样空间取值范围的界限表示为:。
6.根据权利要求1所述的仓储环境下AGV路径规划方法,其特征在于,通过以下公式分别计算所述曼哈顿距离的评分及所述欧几里得距离的评分,包括:其中,所述起点的坐标为(x0,y0),所述终点的坐标为(X,Y),各个障碍物的坐标为(xi,yi),以及当前AGV所处位置的坐标为(x,y)。
7.一种仓储环境下AGV路径规划装置,其特征在于,包括:获取模块,用于获取AGV当前状态下的运动模型和位姿;
采样与模拟模块,用于对所述AGV的速度进行采样,以使用采样的速度模拟所述AGV的运行轨迹;
总评分计算模块;用于计算所述运行轨迹在距起点和终点的欧几里得距离、朝向角度、障碍物距离、线速度、距终点的曼哈顿距离五个方面的总评分,其中,通过以下总的评价函数对速度矢量对应的运行轨迹进行评价:其中,G表示总的评价函数值,heading用于评价当前航向与目标点方向之间的偏差,distance用于评价当前轨迹上各点和障碍物之间的最小距离,velocity用于评价当前AGV速度的大小,euclidean用于评价AGV距所述起点和所述终点的距离之和,manhattan用于评价当前AGV与终点之间的曼哈顿距离,α、β、γ、δ和ε是各自加权系数,所述各自加权系数均为常数,
轨迹选择模块,用于选择所述总评分最好的轨迹作为最优轨迹;
坐标阈值判断模块,用于在选择所述最优轨迹之后,判断所述AGV的当前点位置是否达到坐标阈值,其中,将所述坐标阈值设置在所述起点与中转点之间并且将所述坐标阈值选择在隘口附近的横坐标阈值或纵坐标阈值;
目标坐标位置判断模块,用于当所述AGV的当前点位置没有达到坐标阈值时,判断所述AGV是否到达目标坐标位置,其中,当所述AGV到达所述目标坐标位置时,获取所述AGV的运行轨迹图。
8.根据权利要求7所述的仓储环境下AGV路径规划装置,其特征在于,所述获取模块进一步包括速度获取子模块、位置及角度获取子模块和位姿及轨迹获取子模块,其中,所述速度获取子模块,用于在所述AGV的运动模型中,获取所述AGV的当前线速度v和当前角速度ω;
所述位置及角度获取子模块,用于在所述AGV的位姿中,获取所述AGV的当前位置坐标(x,y)和当前角度θ,用于确定下一步的速度空间及所处位置,其中,所述位姿及轨迹获取子模块,用于基于所述AGV的线速度v和角速度w,获取所述AGV的位姿坐标及运动轨迹坐标为:
其中,qp为所述AGV的当前角度,xp为所述AGV当前所处位置的横坐标,yp为所述AGV当前所处位置的纵坐标。
9.根据权利要求7所述的仓储环境下AGV路径规划装置,其特征在于,所述采样与模拟模块进一步包括:第一速度空间子模块、第二速度空间子模块和速度采样空间子模块,其中,
所述第一速度空间子模块,用于根据所述AGV的加减速性能确定第一速度空间为:其中,v表示线速度,vp表示当前线速度,amin、amax表示最小线加速度和最大线加速度;w表示角速度,wp表示当前角速度,βmin、βmax表示最小角加速度和最大角加速度;t表示单位时间间隔;
所述第二速度空间子模块,用于根据所述AGV的速度限制确定第二速度空间为:其中,vmin、vmax表示最小线速度和最大线速度,wmin、wmax表示最小角速度和最大角速度;
以及
速度采样空间子模块,用于获取所述速度采样空间取值范围的界限:。
说明书 :
一种仓储环境下AGV路径规划方法和装置
技术领域
背景技术
货品存取效率,是指装备有电磁或光学等自动导引装置,它能够沿规定的导引路径行驶,具
有安全保护以及各种移载功能的运输车。合理的路径规划能降低AGV在搬运过程中的事故
率,提升整个仓库的工作效率。路径规划技术需要综合考虑AGV行驶过程的约束条件,进行
全局或局部的规划,使仓储实现智能化、自主化。与基于已知地图状况进行全局路径规划不
同,在AGV实际操作过程中,需要实时判断自身位置和障碍物的距离,进行局部路径规划。采
用现有的局部路径规划技术,AGV在通过隘口时会出现停顿,或者是绕路等情况,导致AGV工
作效率降低。我们首先研究AGV路径不准确的原因:停顿是因为AGV不清楚也难以判断隘口
的具体位置,需要不断调整方向;绕路是因为AGV路径规划轨迹评价函数不合理,没能找到
最短的路径。如果不改变上述停顿和绕路情况,可能导致AGV路径规划失败,进而影响仓储
工作效率。
发明内容
的运行轨迹;计算所述运行轨迹在距起点和终点的欧几里得距离、朝向角度、障碍物距离、
线速度、距终点的曼哈顿距离五个方面的总评分,并选择所述总评分最好的轨迹作为最优
轨迹;在选择所述最优轨迹之后,判断所述AGV的当前点位置是否达到坐标阈值,其中,当所
述AGV的当前点位置没有达到坐标阈值时,判断所述AGV是否到达目标坐标位置;以及当所
述AGV到达所述目标坐标位置时,获取所述AGV的运行轨迹图。
找到的路径距离更短。利用地图中障碍物、起点、终点、AGV位置之间的关系,设计轨迹评价
函数,结合全局路径规划的结果,设置可变目标点和中转点,实现规划路径的高准确率和高
效率。因此,在路径规划过程中引入可变终点并合理设置中转点的位置,可大大提升了路径
规划的准确性。
坐标阈值设置在所述起点与中转点之间并且将所述坐标阈值选择在隘口附近的横坐标阈
值或纵坐标阈值;重复执行以上实施例所述的各个步骤。
单位时间间隔;根据所述AGV的速度限制确定第二速度空间为:
述总评分最好的轨迹作为最优轨迹进一步包括:通过以下总的评价函数对速度矢量对应的
运行轨迹进行评价以选择评分最好的轨迹:
AGV速度的大小,euclidean用于评价AGV距所述起点和所述终点的距离之和,manhattan用
于评价当前AGV与终点之间的曼哈顿距离,α、β、γ、δ和ε是各自加权系数,所述各自加权系
数均为常数。
行采样,以使用采样的速度模拟所述AGV的运行轨迹;总评分计算模块;用于计算所述运行
轨迹在距起点和终点的欧几里得距离、朝向角度、障碍物距离、线速度、距终点的曼哈顿距
离五个方面的总评分,轨迹选择模块,用于选择所述总评分最好的轨迹作为最优轨迹;坐标
阈值判断模块,用于在选择所述最优轨迹之后,判断所述AGV的当前点位置是否达到坐标阈
值;目标坐标位置判断模块,用于当所述AGV的当前点位置没有达到坐标阈值时,判断所述
AGV是否到达目标坐标位置,其中,当所述AGV到达所述目标坐标位置时,获取所述AGV的运
行轨迹图。
运动模型中,获取所述AGV的当前线速度v和当前角速度ω;
根据所述AGV的加减速性能确定第一速度空间为:
单位时间间隔;所述第二速度空间子模块,用于根据所述AGV的速度限制确定第二速度空间
为:
地图中障碍物、起点、终点、AGV位置之间的关系,设计轨迹评价函数,结合全局路径规划的
结果,设置可变目标点和中转点,实现规划路径的高准确率和高效率。因此,在路径规划过
程中引入可变终点并合理设置中转点的位置,可大大提升了路径规划的准确性。
易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所
特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
具体实施方式
点、AGV位置之间的关系,设计轨迹评价函数,结合全局路径规划的结果,设置可变目标点和
中转点,实现规划路径的高准确率和高效率。
步骤S104中,对AGV的速度进行采样,以使用采样的速度模拟AGV的运行轨迹;在步骤S106
中,计算运行轨迹在距起点和终点的欧几里得距离、朝向角度、障碍物距离、线速度、距终点
的曼哈顿距离五个方面的总评分,并选择总评分最好的轨迹作为最优轨迹;在步骤S108中,
在选择最优轨迹之后,判断AGV的当前点位置是否达到坐标阈值,其中,当AGV的当前点位置
没有达到坐标阈值时,判断AGV是否到达目标坐标位置;以及在步骤S110中,当AGV到达目标
坐标位置时,获取AGV的运行轨迹图。
AGV距离起点和终点的距离,使得找到的路径距离更短。利用地图中障碍物、起点、终点、AGV
位置之间的关系,设计轨迹评价函数,结合全局路径规划的结果,设置可变目标点和中转
点,实现规划路径的高准确率和高效率。因此,在路径规划过程中引入可变终点并合理设置
中转点的位置,可大大提升了路径规划的准确性。
度ω;在AGV的位姿中,获取AGV的当前位置坐标(x,y)和当前角度θ,用于确定下一步的速度
空间及所处位置,其中,基于AGV的线速度v和角速度ω,获取AGV的位姿坐标及运动轨迹坐
标为:
的位置和角度下的速度空间,在设定的分辨率下进行采样,得到下一段单位时间内,AGV的
可能运行轨迹。具体地,对AGV的速度进行采样进一步包括:根据AGV的加减速性能确定第一
速度空间为:
单位时间间隔;根据AGV的速度限制确定第二速度空间为:
有精确的分辨率,不会成为一个无穷大的空间),速度采样空间取值范围的界限表示为:
轨迹。具体地,计算运行轨迹在距起点和终点的欧几里得距离、朝向角度、障碍物距离、线速
度、距终点的曼哈顿距离五个方面的总评分,并选择总评分最好的轨迹作为最优轨迹进一
步包括:通过以下总的评价函数对速度矢量对应的运行轨迹进行评价以选择评分最好的轨
迹:
AGV速度的大小,euclidean用于评价AGV距起点和终点的距离之和,manhattan用于评价当
前AGV与终点之间的曼哈顿距离,α、β、γ、δ和ε是各自加权系数,其中,各自加权系数均为常
数。具体地,通过以下公式分别计算曼哈顿距离的评分及欧几里得距离的评分,包括:
当前点位置到达坐标阈值时,将当前终点更新为最终终点同时更新地图,将坐标阈值设置
在起点与中转点之间并且将坐标阈值选择在隘口附近的横坐标阈值或纵坐标阈值;重复执
行上述实施例所述的各个步骤S102、S104、S106、S108和S110。
S106、S108和S110。
获取子模块,用于在AGV的运动模型中,获取AGV的当前线速度v和当前角速度ω;位置及角
度获取子模块,用于在AGV的位姿中,获取AGV的当前位置坐标(x,y)和当前角度θ,用于确定
下一步的速度空间及所处位置,其中,位姿及轨迹获取子模块,用于基于AGV的线速度v和角
速度ω,获取AGV的位姿坐标及运动轨迹坐标为:
和速度采样空间子模块,其中,第一速度空间子模块,用于根据AGV的加减速性能确定第一
速度空间为:
单位时间间隔;第二速度空间子模块,用于根据AGV的速度限制确定第二速度空间为:
图8和图9,隘口B不是终点D或中转点C,隘口只是为了通过),隘口是指AGV可能通过困难的
区域,或通过前后使AGV路径出现抖动影响结果的区域。
碍物和右侧附图(b)的全局路径规划穿过起点和终点之间的障碍物)上,且最好自起点能够
沿直线到达,避免为了到达中转点而可能导致不必要的AGV位姿调整及加减速,中转点满足
条件:1、距离隘口位置尽可能远;2、位于全局路径规划结果图3上;3、最好与自起点A能沿直
线到达(因为AGV初始方向不同,较为平滑的曲线也可以。只有AGV设置的初始方向与全局路
径规划结果的初始方向一致时,3才成立。具体地,可变终点在AGV到达坐标阈值之前中转点
就是当时的终点,起点A、隘口位置B、中转点C,如图5所示;可变终点在AGV到达坐标阈值之
后最终终点才是终点,阈值坐标、终点D,如图6所示。
此过程可基于传感器信息采集设备实现,对于传感器及信息采集设备的种类和型号,本申
请不做限定,可以为雷达、专业摄像头等。需要获取AGV以下信息:
速度或者是角加速度不够大,难以及时改变前进方向,可能会错过隘口,甚至是目标点,导
致AGV不停地绕路转圈。本申请通过设置中转点,保证无论速度AGV都能够通过关键点(或隘
口)的大方向,然后调整评价函数实现最短路径。因此确定速度空间尤为重要。根据速度空
间,以及当前AGV所处的位置和角度,在设定的分辨率下进行进行采样,能得到下一段单位
时间内,AGV的可能运行轨迹。
单位时间间隔。
给AGV执行。
越小,之后所走的路径就可能越短。
用于评价当前轨迹上各点和障碍物之间的最小距离,velocity用于评价当前AGV速度的大
小,euclidean用于评价AGV距所述起点和所述终点的距离之和,manhattan用于评价当前
AGV与终点之间的曼哈顿距离,α、β、γ、δ和ε是各自加权系数,所述各自加权系数均为常数。
current角度为θ,设定的最大速度为max_speed。
中寻找中转点,使AGV通过关键隘口;通过隘口之后,沿障碍物使AGV准确抵达终点。
中×表示中转点。图6给出的是通过坐标阈值之后的情况,其中×表示最终的终点。图7给出
的是最后的路线图。根据全局路径规划算法,获得栅格图中宏观规划的最优路径,全局路径
规划结果如图5所示;
的截屏图9中标记有D。
位置B和中转点C。
述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
都应涵盖在本发明的保护范围之内。