[发明专利]一种通行方向限制下的多机器人协同路径规划方法

说明书

一种工作在通行方向限制下的多机器人协同路径规划方法，其属于多机器人协同控制技术领域。该方法以路径长度与路径平滑度作为路径评价标准，使用A*算法进行单机器人路径规划；然后在全局地图中根据机器人的位置信息及占位信息，建立与栅格地图尺寸一致的、可以动态更新的通道状态表；接着对于路径规划层生成的路径，再判断是否存在局部环路；最后结合通道状态表中相关栅格的占用状态，判断局部环路优化的条件是否成立，成立则将优化后的路径下发给机器人，并更新通道状态表。该方法利用通道状态表，描述机器人之间的相互影响，在实现动态碰撞避免的基础上，对通行方向限制导致的局部环路现象进行分析处理，减小路径代价，提高整体工作效率。

技术领域

本发明属于多机器人协同控制技术领域，涉及到一种用于通行方向限制下的多机器人协同路径规划方法。

背景技术

移动机器人在智能制造与智慧仓库领域有着广泛的应用前景。在传统的单移动机器人控制系统中，主要需要解决路径规划、定位与导航、静态障碍物的碰撞避免等问题，现在已经较为成熟。随着应用场景的复杂化，单个机器人的功能十分有限，不能满足复杂多变的场景，因此，多机器人协同的应用需求被广泛提出，然而，多机器人协同工作并不是单机器人的简单叠加，需要面临很多新的问题。多个机器人工作在同一空间中，如果没有合适的协同调度策略与控制方法，则不可避免的会出现碰撞、死锁与拥堵等问题，严重影响整个系统的正常工作，大幅降低工作效率。

协同路径规划是多机器人协同控制的关键问题之一，其基本目标是实现机器人之间动态碰撞的避免，在此基础上根据路径长度、平滑度与安全性这三个公认的路径质量评价标准，进行协同路径优化。

针对多机器人可能出现的碰撞问题，许多研究者使用集中控制的方法，通过协同路径规划消除可能出现的冲突。Nazarahari M等人[Nazarahari M,Khanmirza E,DoostieS.Multi-objective multi-robot path planning in continuous environment usingan enhanced genetic algorithm.Expert Systems with Applications,2019，115,106-120.]定义复合目标函数，将移动机器人之间的距离用作避免碰撞的标准，在遗传算法中引入碰撞消除算子，以消除路径之间可能的碰撞，该方法仅在理想状态下调整路径交叉点的位置，不适用于机器人数目较多的场景。FanZ Y等人[FanZ Y,Gu C L,Yin X,Liu C Y,Huang H J.Time Window Based Path Planning of Multi-AGVs in LogisticsCenter.International Symposium on Computational Intelligence and Design,2017,2,161-166]使用基于时间窗的方法，首先生成一组潜在的候选路径，然后按时间窗口搜索算法计算每个候选路径的时间表路径，选择最佳路径进行预约，保留候选路径后，路径上每个区块的可传递时间窗口不能同时被其他车辆占用，该方法适应于大规模栅格场景，但严重依赖于时间窗的准确性，同时，也没有对绕行情况进行优化，路径代价较大。

发明内容

本发明的目的是在单行进方向单通道的巷道通行方式下，完成多机器人动态碰撞避免，并为局部环路现象提供一种路径优化策略，减小路径代价。该方法主要是在多机器人控制中心维持一张通道状态表，在路径规划时对通行方向限制导致的局部环路现象进行判断，一旦发现局部环路存在，则根据通道状态表的数据记录对路径进行优化，并更新通道状态表，从而产生低路径代价的最优策略。

本发明的技术方案是：

首先，根据机器人上报的位置信息与占位状态建立动态更新的通道状态表；其次，对路径规划时由于通行方向限制导致的局部环路现象进行判断，结合通道状态表对局部环路优化进行可行性分析；最后，生成优化路径下发给机器人，并更新通道状态表。

多机器人协同路径规划的具体步骤如下：