[发明专利]封闭运动系统中的无碰撞运动规划

权利要求书

1.一种用于具有封闭运动的第一操纵器(28)的无碰撞运动规划的方法(100)，所述方法(100)包括：

-定义动态优化问题(12)，

-通过数值方法求解所述优化问题(12)，以及

-基于所述优化问题(12)的解来确定所述第一操纵器(28)的第一运动路径，

其中，所述动态优化问题包括：代价函数(20)，所述代价函数(20)对所述第一操纵器(28)的状态(16)和控制变量(18)进行加权；动态(14)，所述动态(14)将所述第一操纵器(28)的状态(16)和控制变量(18)定义为时间的函数；关于距碰撞的距离的至少一个不等式约束(24)；以及关于所述封闭运动的至少一个等式约束(22)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述动态优化问题(12)附加地包括边界条件(26)，所述边界条件(26)限定了起始条件和结束条件，特别是限定了所述第一操纵器(28)的起始位置和目标位置。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述动态优化问题(12)还包括一个或更多个控制变量约束，所述一个或更多个控制变量约束限定了所述控制变量的最小值和最大值，特别是限定了所述第一操纵器(28)的最小速度的值和最大速度的值以及/或者最小加速度的值和最大加速度的值。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，所述动态优化问题(12)还包括一个或更多个状态约束，所述状态约束限定了所述状态的极限，特别是限定了所述第一操纵器(28)的最小接合角度和最大接合角度以及/或者最小接合角速度和最大接合角速度。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中，所述动态优化问题(12)还包括表示运动的持续时间的限定的结束时间T。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述结束时间T被选择为固定值，或者其中，所述结束时间由所述代价函数(20)进行加权。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，所述动态优化问题(12)还包括一个或更多个结束时间约束，特别是最小结束时间的值和最大结束时间的值。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的方法，其中，关于距碰撞的距离的所述至少一个不等式约束(24)定义了距碰撞的最小距离。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的方法，其中，关于所述封闭运动的所述至少一个等式约束(22)定义了所述第一操纵器(28)的第一动态位置约束。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的方法，其中，关于所述封闭运动的所述至少一个等式约束(22)定义了所述第一操纵器(28)的第一动态取向约束。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的方法，其中，所述数值方法包括将所述动态优化问题从受约束的优化问题转化为无约束的优化问题。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，将关于所述封闭运动的所述至少一个等式约束(22)和关于距碰撞的距离的所述至少一个不等式约束(24)各自乘以乘数并加至所述代价函数(20)。

13.根据权利要求11至12中的任一项所述的方法，其中，关于所述封闭运动的所述至少一个等式约束(22)和关于距碰撞的距离的所述至少一个不等式约束(24)以平方的形式乘以罚参数并加至所述代价函数(20)。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，在求解所述动态优化问题(12)时，迭代地调整所述乘数和所述罚参数。

15.根据权利要求11至14中的任一项所述的方法，其中，所述数值方法包括利用梯度法来求解所述无约束的优化问题。