[发明专利]使用最优交互避碰代价评估的动态窗口方法

说明书

一种用于沿目标路径导航机器人并避开障碍物的方法和系统。该方法包括为一个或多个机器人接收目标位姿，为第一机器人确定目标路径，同时避开所接收的障碍物地图中的移动障碍物和固定障碍物。评估第一目标函数以从生成的候选速度集合中选择优选速度，该选择基于一个或多个加权代价函数。基于一个或多个机器人的位姿和优选速度创建的速度障碍集合用于评估第二目标函数以确定下一个时间周期中机器人的运动。创建速度对象集合包括将优选速度从非完整速度转换为完整速度。

相关申请的交叉引用

本申请要求申请日为2017年9月22日的美国专利申请15/712,256的优先权，该美国专利申请与申请日为2017年9月22日，名称为“具有排除区的多分辨率扫描匹配”的美国专利申请15/712,222相关，它们都通过引用并入本文。

技术领域

在此描述的本发明总体上涉及在存在移动和静止障碍物的情况下沿目标路径朝向目标位置的机器人导航。具体地，本发明是一种用于确定机器人增量运动的轨迹的改进方法，该轨迹避免与障碍物碰撞，同时最大化沿目标路径前进。

背景技术

在许多应用中，机器人被用来代替人类执行功能或辅助人类以提高生产率和效率。这样的应用之一是订单履行，通常是在一个装满产品的大型仓库中执行，产品将被运送到已经通过互联网下订单进行送货上门的客户。及时、准确和高效地履行此类订单在逻辑上至少可以说具有挑战性。

例如，在线互联网购物应用中，单击虚拟购物车中的“结算”按钮将创建一个“订单”。该订单包括一个将要发送到特定地址的项目列表。“履行”的过程包括从一个大仓库实际提取或“挑选”这些物品，包装它们，并将它们运送到指定的地址。

因此，订单履行过程的一个重要目标是在尽可能短的时间内装运尽可能多的物品。接收订单、计划订单履行、查找储物架或储物箱、拣选产品并针对订单上的每个物品重复该过程、然后将订单交付给运输站的过程是重复性的且劳动密集型的。在仓库中存有成千上万个快速变化的库存物品，机器人在确保及时有效地履行订单中起着至关重要的作用。另外，最终确定被运输的产品首先需要在仓库中接收，并在整个仓库中以有序的方式存储或“放置”在储物仓中，以便可以轻松取回它们进行运输。

使用机器人执行拾取和放置功能可以单独由机器人完成，也可以在操作员的协助下完成。无论是否通过人机交互执行的拾取和放置或库存功能，都要求机器人从其当前位置导航到目标产品存储或“仓”的位置。从当前位置到产品存放仓的机器人目标路线上，机器人通常会遇到固定和移动的障碍物，例如墙壁，架子，支撑结构，人和其他机器人。随着新产品的存储和消耗，新架子和新仓的添加和移除以及将杂物引入共享的人和机器人的空间，订单履行仓库的动态性质要求不断更新有关仓库及其内容的信息。

导航机器人的目标路径时避开障碍物包括使用附近固定和移动障碍物的信息来计算一系列增量运动。增量运动不得将机器人驱动到固定或移动的障碍物中，并且驱动其运动的机器人轨迹必须在固定的周期内计算。然而，已知的机器人导航方法在更适合于对固定障碍物导航的方法与更适合于对移动障碍物(即机器人)导航的方法之间进行选择。所需要的是一种在计算时将移动障碍物和固定障碍物都考虑的机器人导航的高效方法，从而提高了机器人在每次增量运动的分配周期内朝其目标位置前进的能力。

发明内容

从下面的发明概述和详细说明中，本发明的优点和优点将显而易见。本领域的技术人员将理解，可以用除了下面总结或公开的实施例以外的实施例来实践本教导。