一种转弯半径非零的机器人的路径生成及跟随方法与流程

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1.本发明涉及一种转弯半径非经的机器人的路径生成及跟随方法，属于机器人应用领域。

背景技术：

2.随着机器人技术的普及，机器人正被广泛应用于人们的生活中。目前机器人的动力主要由蓄电池提供，随着人们对机器人自动化要求的提高，机器人在电量即将耗尽时能够自动回到充电桩进行充电是提高机器人自动化水平必然要求。目前关于机器人自主回桩充电存在路径规划不好、角度偏差大，从而无法准确回到原点充电的问题。

技术实现要素：

3.针对现有技术存在的问题，本发明公开一种转弯半径非零的机器人的路径生成及跟随方法，用于解决现有路径规划不好、角度偏差大，从而无法准确回到原点充电的问题。
4.为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种转弯半径非零的机器人的路径生成及跟随方法，包括以下步骤：s01）、获取机器人当前位姿和目标点位姿，目标点是机器人要返回的原点，根据机器人当前位姿和目标点位姿计算出机器人要跟随的目标轨迹，目标轨迹由多段圆弧和直线构成，并与机器人当前位姿相切；s02）、以机器人当前位置为圆心，跟随距离为半径做圆c1，获得机器人当前时刻要跟随的点，跟随距离自由设定，确定跟随距离后，便获得圆c1与跟随轨迹的交点，以交点作为当前机器人要跟随的点；s03）、求出经过机器人当前位置与当前时刻要跟随的点且与机器人朝向相切的圆的半径r；s04）、令机器人的角速度等于机器人线速度除以半径r，机器人以当前角速度跟随目标轨迹到达目标位姿。
5.进一步的，根据机器人当前位姿与目标位姿计算出机器人要跟随的目标轨迹的过程为：s21）、以机器人目标点为原点建立x-y轴坐标系，获取机器人当前位姿，机器人当前位姿包括机器人当前位置坐标以及机器人当前朝向与x轴的夹角，求机器人当前朝向的垂线以及x轴的垂线，两条垂线的交点为目标轨迹首段圆弧的圆心，机器人当前位置为目标轨迹首段圆弧的起始点，目标轨迹首段圆弧从起始点开始沿机器人当前朝向延伸，若目标轨迹首段圆弧与x轴有交点，则从该交点至坐标系原点之间为目标轨迹的直线段，若目标轨迹首段圆弧与x轴没有交点，则执行步骤s22）；s22）、圆弧延伸至其当前朝向与x轴平行时停止，以当前停止点为目标轨迹次段圆弧的起始点，以当前停止点与x轴垂线的中点为圆心沿首段圆弧停止时的机器人朝向做圆弧，若圆弧为目标轨迹次段圆弧，若目标轨迹次段圆弧与x轴有交点，则从该交点至坐标系
原点之间为目标轨迹的直线段，若该若目标轨迹次段圆弧与x轴没有交点，则重复步骤s22），直至所做圆弧与x轴有交点，从该交点至坐标系原点之间为目标轨迹的直线段。
6.进一步的，x-y轴坐标系原点之前设有一标定点，目标轨迹的直线段必须经过该标定点。
7.本发明的有益效果：本发明根据机器人当前位姿与目标点位姿计算出一个由多段圆弧和直线构成的目标轨迹，机器人根据目标轨迹移动时不会存在非零的转弯半径，即机器人能顺利转弯，目标轨迹最后为直线段，直线段正对目标点，机器人沿直线段直接移动至目标点，不存在角度偏差，从而避免无法准确回到原点的问题。
附图说明
8.图1为获得目标轨迹与当前跟随点示意图；图2为经过机器人位置与跟随点且与机器人朝向相切的圆的半径示意图；图3为机器人角速度计算原理图。
具体实施方式
9.下面以具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不仅限于下述的实施例。
10.实施例1本实施例公开一种转弯半径非零的机器人的路径生成及跟随方法，包括以下步骤：s01）、获取机器人当前位姿和目标点位姿，目标点是机器人要返回的原点，根据机器人当前位姿和目标点位姿计算出机器人要跟随的目标轨迹，目标轨迹由多段圆弧和直线构成，并与机器人当前位姿相切；s02）、以机器人当前位置为圆心，跟随距离为半径做圆c1，获得机器人当前时刻要跟随的点，跟随距离自由设定，确定跟随距离后，便获得圆c1与跟随轨迹的交点，以交点作为当前机器人要跟随的点；s03）、求出经过机器人当前位置与当前时刻要跟随的点且与机器人朝向相切的圆的半径r；s04）、令机器人的角速度等于机器人线速度除以半径r，机器人以当前角速度跟随目标轨迹到达目标位姿。
11.本实施例中，根据机器人当前位姿与目标位姿计算出机器人要跟随的目标轨迹的过程为：s21）、以机器人目标点为原点建立x-y轴坐标系，获取机器人当前位姿，机器人当前位姿包括机器人当前位置坐标以及机器人当前朝向与x轴的夹角，求机器人当前朝向的垂线以及x轴的垂线，两条垂线的交点为目标轨迹首段圆弧的圆心，机器人当前位置为目标轨迹首段圆弧的起始点，目标轨迹首段圆弧从起始点开始沿机器人当前朝向延伸，若目标轨迹首段圆弧与x轴有交点，则从该交点至坐标系原点之间为目标轨迹的直线段，若目标轨迹首段圆弧与x轴没有交点，则执行步骤s22）；s22）、圆弧延伸至其当前朝向与x轴平行时停止，以当前停止点为目标轨迹次段圆
弧的起始点，以当前停止点与x轴垂线的中点为圆心沿首段圆弧停止时的机器人朝向做圆弧，若圆弧为目标轨迹次段圆弧，若目标轨迹次段圆弧与x轴有交点，则从该交点至坐标系原点之间为目标轨迹的直线段，若该若目标轨迹次段圆弧与x轴没有交点，则重复步骤s22），直至所做圆弧与x轴有交点，从该交点至坐标系原点之间为目标轨迹的直线段。
12.为了增加机器人返回原点的准确度，x-y轴坐标系原点之前设有一标定点，目标轨迹的直线段必须经过该标定点。
13.图1为获得目标轨迹与当前跟随点示意图，分别表示出了机器人当前位姿不同时获取目标轨迹的不同情况。图1中，坐标系原点为机器人目标位置，c点为机器人当前位置，（v
x
，vy）为机器人当前位置坐标，θ为机器人当前朝向与x轴的夹角，ii表示180
°
，r表示与i点相切轨迹圆弧半径，rmin表示机器人能够绕出的最小圆弧半径（当r《rmin时，需要以rmin为半径的圆弧运动），i是从机器人当前位置切入x轴的切入点，t是标定点。
14.图2为经过机器人位置与跟随点且与机器人朝向相切的圆的半径示意图，图2中circle表示经过机器人位置与跟随点且与机器人朝向相切的圆，其半径r=g
x
/sina，a=90-θ，。
15.图3为机器人角速度计算原理图，角速度等于机器人线速度除以半径r，线速度根据机器人上的传感器获知，求取角速度后，机器人以当前角速度跟随目标轨迹到达目标位姿。
16.以上，描述的仅是本发明的基本原理和优选实施例，本领域技术人员根据本发明做出的改机和替换，属于本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种转弯半径非零的机器人的路径生成及跟随方法，其特征在于：包括以下步骤：s01）、获取机器人当前位姿和目标点位姿，目标点是机器人要返回的原点，根据机器人当前位姿和目标点位姿计算出机器人要跟随的目标轨迹，目标轨迹由多段圆弧和直线构成，并与机器人当前位姿相切；s02）、以机器人当前位置为圆心，跟随距离为半径做圆c1，获得机器人当前时刻要跟随的点，跟随距离自由设定，确定跟随距离后，便获得圆c1与跟随轨迹的交点，以交点作为当前机器人要跟随的点；s03）、求出经过机器人当前位置与当前时刻要跟随的点且与机器人朝向相切的圆的半径r；s04）、令机器人的角速度等于机器人线速度除以半径r，机器人以当前角速度跟随目标轨迹到达目标位姿。2.根据权利要求1所述的转弯半径非零的机器人的路径生成及跟随方法，其特征在于：根据机器人当前位姿与目标位姿计算出机器人要跟随的目标轨迹的过程为：s21）、以机器人目标点为原点建立x-y轴坐标系，获取机器人当前位姿，机器人当前位姿包括机器人当前位置坐标以及机器人当前朝向与x轴的夹角，求机器人当前朝向的垂线以及x轴的垂线，两条垂线的交点为目标轨迹首段圆弧的圆心，机器人当前位置为目标轨迹首段圆弧的起始点，目标轨迹首段圆弧从起始点开始沿机器人当前朝向延伸，若目标轨迹首段圆弧与x轴有交点，则从该交点至坐标系原点之间为目标轨迹的直线段，若目标轨迹首段圆弧与x轴没有交点，则执行步骤s22）；s22）、圆弧延伸至其当前朝向与x轴平行时停止，以当前停止点为目标轨迹次段圆弧的起始点，以当前停止点与x轴垂线的中点为圆心沿首段圆弧停止时的机器人朝向做圆弧，若圆弧为目标轨迹次段圆弧，若目标轨迹次段圆弧与x轴有交点，则从该交点至坐标系原点之间为目标轨迹的直线段，若该若目标轨迹次段圆弧与x轴没有交点，则重复步骤s22），直至所做圆弧与x轴有交点，从该交点至坐标系原点之间为目标轨迹的直线段。3.根据权利要求2所述的转弯半径非零的机器人的路径生成及跟随方法，其特征在于：x-y轴坐标系原点之前设有一标定点，目标轨迹的直线段必须经过该标定点。

技术总结

本发明公开一种转弯半径非零的机器人的路径生成及跟随方法，本方法首先在获得机器人当前位姿与目标点位姿的情况下，计算出机器人要跟随的轨迹，轨迹由多段圆弧和直线构成，并于机器人起始位姿相切。然后，以机器人当前位置为圆心，跟随距离为半径做圆获得机器人当前时刻要跟随的点。然后求出经过机器人当前位置与当前时刻要跟随的点且与机器人朝向相切的圆的半径R。最后令机器人的角速度等于机器人线速度除以半径R。机器人便可跟随目标轨迹到达目标位姿。本发明可以解决现有路径规划不好、角度偏差大，从而无法准确回到原点充电的问题。问题。问题。