路径规划方法、装置、可读存储介质和机器人与流程

本技术涉及移动机器人，具体而言，涉及一种路径规划方法、装置、可读存储介质和机器人。

背景技术：

1、随着移动机器人在多领域的广泛应用，兼容工业场景与服务场景的移动机器人路径规划算法变得越来越重要。

2、在相关技术中，存在对单帧路径点的基于优化路径规划与速度规划的算法，该算法虽然降低了处理复杂度，提升了处理效率，但是该算法只能保证单帧路径点的平滑，难以保证多帧路径点的平滑性。

技术实现思路

1、本技术旨在解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

2、为此，本技术的第一方面提出了一种路径规划方法。

3、本技术的第二方面提出了一种路径规划装置。

4、本技术的第三方面提出了一种路径规划装置。

5、本技术的第四方面提出了一种可读存储介质。

6、本技术的第五方面提出了一种机器人。

7、有鉴于此，根据本技术的第一方面提出了一种路径规划方法，应用于机器人，路径规划方法包括：在获取到第一行驶路径的情况下，获取第一行驶路径的衔接路径，衔接路径与第一行驶路径至少部分重合；根据衔接路径的路径终点，搜索第二行驶路径；将衔接路径与第二行驶路径进行合并处理，得到第三行驶路径；基于第三行驶路径的曲率参数，对第三行驶路径进行平滑化处理，得到第四行驶路径。

8、本技术技术方案中，在规划得到第一行驶路径的情况下，基于规划得到的第一行驶路径确定衔接路径，再将衔接路径的目标点作为搜索起点，搜索第二行驶路径，在搜索到第二行驶路径之后，将第二行驶路径与衔接路径进行合并得到第三行驶路径，对合并得到的第三行驶路径基于曲率参数进行平滑化处理。本技术实施例提高了多帧路径点之间轨迹的平滑，能够让机器人稳定进行轨迹跟踪，且降低了算法的复杂度，提高了规划效率，提高了机器人运行的实时性和平滑性。

9、在上述任一技术方案中，在获取到第一行驶路径的情况下，获取第一行驶路径的衔接路径，包括：获取衔接路径的第一距离值；基于第一距离值，在第一行驶路径中采集第一路径点，以确定衔接路径。

10、在该技术方案中，在基于第一行驶路径确定衔接路径的过程中，需要先确定衔接路径的第一距离值，该第一距离值为完整衔接路径的第一距离值，且该第一距离值为第一行驶路径中与第二行驶路径中重合部分的距离值。

11、在该技术方案中，确定第一距离值之后，基于该第一距离值在第一行驶路径中查找筛选第一路径点，该第一路径点为第一行驶路径中的路径点，且该第一路径点构成衔接路径。

12、需要说明的是，在本次行驶路径为机器人首次行驶路径时，即为规划得到第一行驶路径时，则将衔接点确定为机器人的当前位置点，衔接路径为空。具体来说，由于衔接路径为第一行驶路径与后续规划的第二行驶路径之间衔接路径，因此，在未规划得到第一行驶路径的情况下，则可以将当前位置直接作为起点进行规划第二行驶路径，无需查找衔接路径。在机器人已经规划得到第一行驶路径的情况下，则根据上一帧发布的第一行驶路径的轨迹计算衔接点和衔接轨迹，保证下一帧发布的第二行驶路径能够通过衔接路径与第一行驶路径平滑衔接。

13、本技术技术方案中，在确定衔接路径的过程中，需要确定该衔接路径的第一距离值，再根据衔接路径的衔接点和第一距离值查找并确定第一行驶路径与第二行驶路径之间的衔接路径，保证衔接路径查找的准确性，且避免了规划得到的衔接路径的距离过长或过短。

14、在上述任一技术方案中，获取衔接路径的第一距离值，包括：

15、基于机器人按照第一行驶路径行驶，且未发生碰撞的情况下，根据第二距离值和预设倍率确定第一距离值；

16、其中，第二距离值为第一行驶路径的路径距离。

17、在该技术方案中，由于第一行驶路径为机器人实时规划的行驶路径，在规划得到该第一行驶路径之后，机器人按照该第一行驶路径行驶。在机器人行驶过程中能够持续监测是否在第一行驶路径上发生碰撞，当机器人未发生碰撞的情况下，根据第一行驶路径的第一距离值和预设的倍率确定衔接路径的第一距离值。

18、具体来说，由于在机器人未发生碰撞的情况下，能够将衔接路径的路径距离设置较长，故按照预设倍率在第一行驶路径中查找并确定衔接路径。在确定第一距离值时，需要确定规划完成的第一行驶路径的第一距离值，即第二距离值，根据第二距离值与预设倍率进行计算能够确定衔接路径的第一距离值。

19、本技术技术方案中，在机器人行驶在规划完成的第一行驶路径，且未发生碰撞的情况下，能够确定该第一行驶路径的轨迹较为平滑，故能够在第一行驶路径中查找到较长距离的衔接路径，并基于预设倍率查找衔接路径，进一步提高了衔接路径与第一规划路径之间的平滑性。

20、在上述任一技术方案中，获取衔接路径的第一距离值，包括：

21、基于机器人按照第一行驶路径行驶，且发生碰撞的情况下，将预设距离值确定为第一距离值。

22、在该技术方案中，在机器人行驶过程中能够持续监测是否在第一行驶路径上发生碰撞，当机器人发生碰撞的情况下，未避免查找到的衔接路径覆盖到发生碰撞的位置点，因此将衔接路径的第一距离值确定为预设距离值，而且基于该预设距离值在第一行驶路径中查找相应的衔接路径。

23、具体来说，由于在机器人发生碰撞的情况下，则需要避免查找到的衔接路径中包括机器人发生碰撞的碰撞位置点，因此需要尽量避免衔接路径的路径距离设置较长，故按照预设距离值在第一行驶路径中查找并确定衔接路径。在确定第一距离值时，直接将预设距离值确定为衔接路径的第一距离值。

24、本技术技术方案中，在机器人行驶在规划完成的第一行驶路径，且行驶过程中发生碰撞的情况下，则需要避免衔接路径覆盖第一行驶路径中的碰撞发生位置点，故需要在第一行驶路径中查找到较短距离的衔接路径，此时直接将预设距离值作为第一距离值在第一行驶路径中查找衔接路径，避免了衔接路径中包括机器人发生碰撞的位置点，进一步提高了第一行驶路径与第二行驶路径之间衔接的平滑性。

25、在上述任一技术方案中，将衔接路径与第二行驶路径进行合并处理，得到第三行驶路径，包括：

26、根据路径分段阈值，确定衔接路径中的第一路径离散点，以及确定第二行驶路径中的第二路径离散点；

27、将第一路径离散点和第二路径离散点进行合并处理，得到第三行驶路径。

28、在该技术方案中，路径分段阈值为对衔接路径进行分段路径优化的分段阈值，该分段阈值为分段后的路径段的距离阈值。

29、具体来说，基于该距离值阈值能够对查找到的衔接路径进行离散采样，得到衔接路径中的第一路径离散点，还能够基于该距离值阈值对规划得到的第二行驶路径进行离散采样，得到第二行驶路径中的第二路径离散点。

30、在该技术方案中，在确定衔接路径的第一路径离散点，以及第二行驶路径的第二路径离散点之后，能够基于该第一路径离散点和第二路径离散点进行路径合并得到第三行驶路径。该第三行驶路径为离散路径，即第三行驶路径中包括多个离散点，且多个离散点中包括衔接路径对应的第一路径离散点以及第二行驶路径对应的第二路径离散点。

31、本技术技术方案中，在确定第一行驶路径中的衔接路径，以及第二行驶路径之后，需要将衔接路径与第二行驶路径进行合并，在合并过程中选择基于路径离点进行合并，合并得到的第三行驶路径为离散路径，便于后续对该第三行驶路径进行平滑化处理，简化后续的处理过程。

32、在上述任一技术方案中，确定衔接路径中的第一路径离散点，包括：

33、按照路径分段阈值对衔接路径进行分段离散化采样，得到第一路径离散点。

34、在该技术方案中，通过路径分段阈值能够对采集到的衔接路径进行分段离散化，在对衔接路径分段离散化之后，对衔接路径中的路径离散点进行离散采样，得到衔接路径中的第一路径离散点。

35、具体来说，在机器人进行数据处理的过程中，按照预设的路径分段阈值对规划完成的第一行驶路径进行分段路径优化，在完成分段路径之后基于该路径分段阈值对衔接路径中的路径离散点进行离散采样，从而得到衔接路径中的第一路径离散点。

36、本技术技术方案中，机器人在确定衔接路径中的第一路径离散点的过程中，基于路径分段阈值对衔接路径进行采样，得到的第一路径离散点，便于后续基于第一路径离散点将衔接路径与第二行驶路径进行合并，能够简化衔接路径与第二行驶路径合并的处理过程。

37、在上述任一技术方案中，确定第二行驶路径中的第二路径离散点，包括：

38、对第二行驶路径进行路径点回溯，确定第二行驶路径中的第三路径离散点；

39、根据第三路径离散点生成第五行驶路径；

40、根据路径分段阈值对第五行驶路径进行分段离散化，得到第二路径离散点。

41、在该技术方案中，在对第二行驶路径与衔接路径进行合并的过程中，需要基于衔接路径对应的第一路径离散点和第二行驶路径对应的第二路径离散点处进行处理。需要说明的是，基于衔接路径搜索得到的第二行驶路径中的路径点为稠密离散路径点，为降低路径合并过程中的数据处理量，需要在稠密离散路径点中查找到相应的稀疏的关键离散路径点，即第二行驶路径中的第三路径离散点。基于该第三路径离散点能够生成第五行驶路径，再对第五行驶路径按照路径分段阈值进行分段离散化处理，得到路径搜索的第二路径离散点，进一步降低了进行路径合并过程中所需处理的数据量。

42、具体来说，提取第二行驶路径中的稠密离散路径点，将得到的稠密离散路径点通过路径点回溯方式在稠密离散路径点中查找到稀疏的关键离散路径点，从而确定第二行驶路径中的第三路径离散点。将搜索得到的第三路径离散点连接形成直线得到第五行驶路径，该第五行驶路径包括全部第三路径离散点。按照路径分段阈值对第五行驶路径进行分段离散化，得到第二行驶路径的第二路径离散点。

43、本技术技术方案中，通过对搜索得到的第二行驶路径中的稠密离散点进行路径点回溯，得到稀疏且关键的第三路径离散点，并将第三路径离散点合成得到第五行驶路径，再对第五行驶路径进行分段离散化，查找到该第二行驶路径所对应的第二路径离散点，保证该第二路径离散点中包括第二行驶路径的路径信息，同时还能够降低对衔接路径和第二行驶路径进行合并的数据处理量。

44、在上述任一技术方案中，第三行驶路径中包括至少两个分段离散路径；

45、基于第三行驶路径的曲率参数，对第三行驶路径进行平滑化处理，得到第四行驶路径，包括：

46、获取至少两个分段离散路径中每个分段离散路径的坐标信息和第三距离值；

47、基于坐标信息和第三距离值构建目标函数，目标函数与第三行驶路径的曲率参数相关联；

48、根据目标函数对第三行驶路径进行平滑化处理，得到第四行驶路径。

49、在该技术方案中，第三行驶路径为通过衔接路径对应的第一路径离散点和第二行驶路径对应的第二路径离散点合并得到的行驶路径，第三行驶路径中的多个分段离散路径均为第一路径离散点和第三路径离散点拼接形成的离散路径。在对第三行驶路径进行优化的过程中，需要对每个分段离散路径进行优化，从而得到平滑的轨迹路径，保证多帧之间的轨迹平滑。

50、本技术技术方案中，通过构建每个分段离散路径的坐标与距离值相关的五次多项式，并构建关于该五次多项式的目标函数，通过对目标函数求解，计算得到目标函数最小的路径点，完成对第三行驶路径的优化，使优化得到的第四行驶路径的曲率和曲率变化率最小，进一步提高了第四行驶路径的平滑性。

51、在上述任一技术方案中，根据目标函数对第三行驶路径进行平滑化处理，得到第四行驶路径，包括：

52、获取路径约束；

53、根据目标函数和路径约束对第三行驶路径进行平滑化处理，得到第四行驶路径；

54、其中，路径约束包括以下至少一项：路径边界约束、路径连续性约束、位置和姿态的约束、路径曲率参数的约束、路径终点的约束。

55、在该技术方案中，路径约束包括路径边界约束，路径边界约束能够对平滑化处理过程后的第四行驶路径的边界进行约束。

56、在该技术方案中，路径约束包括连续性约束，通过构建连续性约束能够保证单帧路径点之间的平滑性。

57、在该技术方案中，位置和姿态的约束能够保证多帧分段离散路径之间的平滑相接，保证机器人在最短衔接段的约束点位置和姿态相同，使机器人的位置和姿态在相邻两个分段离散路径的最短衔接处完全重合。

58、在该技术方案中，曲率参数的约束包括曲率和曲率导数，即曲率和曲率变化率的约束。通过该曲率参数的约束，能够保证多帧分段离散路径之间的曲率和曲率变化率的平滑。

59、在该技术方案中，路径终点的约束能够保证平滑化得到的第四行驶路径的目标点与平滑化前的目标点相匹配，即保证第四行驶路径的路径终点在原路径上。

60、本技术技术方案中，在机器人对合并得到的第三行驶路径进行平滑化优化的过程中，结合路径边界约束、路径连续性约束、位置和姿态的约束、路径曲率参数的约束、路径终点的约束能够避免平滑化后的第四行驶路径存在超出预设边界、连续性差、相邻两个分段路径之间的机器人的位姿存在偏差、路径曲率过大或过小、路径终点发生偏差等问题。

61、在上述任一技术方案中，基于第三行驶路径的曲率参数，对第三行驶路径进行平滑化处理，得到第四行驶路径之后，路径规划方法还包括：

62、在机器人按照第四行驶路径行驶的情况下，按照第一周期，构建第一速度曲线；

63、根据第四行驶路径确定机器人的速度约束；

64、基于速度约束对第一速度曲线进行优化处理，得到第二速度曲线；

65、按照第二速度曲线控制机器人，按照第四行驶路径行驶。

66、在该技术方案中，在机器人按照第四行驶路径行驶时，周期性对机器人的行驶速度进行规划，即周期性构建第一速度曲线，该第一速度曲线为机器人的行驶速度与行驶距离的曲线。在构建完成第一速度曲线之后，需要对第一速度曲线进行平滑化处理，得到平滑的第二速度曲线，并基于该第二速度曲线对机器人在第四行驶路径上的行驶过程进行控制。

67、本技术技术方案中，在规划得到平滑的第四行驶路径之后，机器人能够基于第四行驶路径规划行驶的第一速度曲线，并通过对第一速度曲线进行平滑化处理从而得到平滑化的第二速度曲线，使机器人能够基于第四行驶路径和第二速度曲线对自身的行驶轨迹进行实时控制，提高了对机器人行驶进行控制的精准性。

68、在上述任一技术方案中，在获取到第一行驶路径的情况下，获取第一行驶路径的衔接路径之前，路径规划方法还包括：

69、按照第二周期，获取机器人的当前位置信息；

70、基于当前位置信息确定第一行驶路径；

71、其中，第二周期大于第一周期。

72、在该技术方案中，机器人按照第二周期更新行驶路径，机器人每经过第二周期均基于自身所处的当前位置信息，确定当前所行驶在的第一行驶路径，便于基于该第一行驶路径查找到相应的衔接路径，使机器人能够周期性更新行驶路径。通过将规划行驶路径的第二周期设置大于更新行驶速度的第一周期，能够也是为了减少机器人行驶在新规划得到的第四行驶路径上，由于时间延迟带来的速度跳变。

73、本技术技术方案中，通过周期性获取第一行驶路径，以及第一行驶路径的衔接路径，能够实时更新规划得到机器人的行驶路径，且行驶路径的更新周期大于速度的更新周期能够提高机器人行驶轨迹控制的准确性。

74、在上述任一技术方案中，按照第二速度曲线控制机器人，按照第四行驶路径行驶，包括：

75、在机器人按照第四行驶路径行驶的情况下，根据目标位置信息和第二速度曲线确定目标速度信息；

76、根据目标速度信息和机器人的姿态偏差信息，对机器人的速度参数进行调整，姿态偏差信息为机器人的当前姿态与设定姿态的偏差信息；

77、其中，速度参数包括以下至少一项：行驶速度、行驶角速度。

78、本技术技术方案中，在机器人按照更新后的第四行驶路径行驶的情况下，获取机器人在第四行驶路径下的目标位置信息，基于该目标位置信息和第二速度曲线能够确定机器人的目标速度信息。机器人在行驶过程中通过传感器能够采集到自身的姿态偏差信息，基于目标速度信息和姿态偏差信息对机器人的当前行驶的速度参数进行调整，即调整机器人的行驶速度和行驶角速度，提高了对机器人行驶轨迹控制的准确性，并提高了机器人行驶路径和行驶速度的平滑性。

79、根据本技术的第二方面提出了一种路径规划装置，应用于机器人，路径规划装置包括：

80、获取模块，用于在获取到第一行驶路径的情况下，获取第一行驶路径的衔接路径，衔接路径与第一行驶路径至少部分重合；

81、搜索模块，用于根据衔接路径的路径终点，搜索第二行驶路径；

82、合并模块，用于将衔接路径与第二行驶路径进行合并处理，得到第三行驶路径；

83、平滑化模块，用于基于第三行驶路径的曲率参数，对第三行驶路径进行平滑化处理，得到第四行驶路径。

84、在该实施例中，第三行驶路径为第二行驶路径与衔接路径拼接合并得到的路径，即第三行驶路径为第一行驶路径的完整后续路径，该第三行驶路径中包括衔接路径的路径点和第二行驶路径的路径点。在对第三行驶路径进行平滑化处理的过程中，将第三行驶路径的曲率参数作为基准进行平滑化处理，保证平滑化后得到的第四行驶路径的曲率参数处于目标范围内。曲率参数能够反映该第三行驶路径的弯曲程度，以及弯曲程度的变化程度，因此，基于该曲率参数对第三行驶路径进行平滑化处理，能够提高整段第三行驶路径的平滑性。

85、需要说明的是，曲率参数为整段第三行驶路径或第三行驶路径中部分路径的参数，故基于曲率参数对第三行驶路径进行平滑化处理，能够保证得到的第四行驶路径中多帧路径点之间的平滑程度较高，从而保证了多帧路径点之间轨迹的平滑，能够让机器人稳定进行轨迹跟踪。

86、本技术实施例中，在规划得到第一行驶路径的情况下，基于规划得到的第一行驶路径确定衔接路径，再将衔接路径的目标点作为搜索起点，搜索第二行驶路径，在搜索到第二行驶路径之后，将第二行驶路径与衔接路径进行合并得到第三行驶路径，对合并得到的第三行驶路径基于曲率参数进行平滑化处理。本技术实施例提高了多帧路径点之间轨迹的平滑，能够让机器人稳定进行轨迹跟踪，且降低了算法的复杂度，提高了规划效率，提高了机器人运行的实时性和平滑性。

87、根据本技术的第三方面提出了一种路径规划装置，其中，路径规划装置包括处理器和存储器，存储器中存储有程序或指令，该程序或指令被处理器执行时实现如上述任一技术方案中的路径规划方法的步骤。因此，该路径规划装置具备上述任一技术方案中的路径规划方法的全部有益效果，在此不再赘述。

88、根据本技术的第四方面提出了一种可读存储介质，其上存储有程序或指令，程序或指令被处理器执行时实现如上述任一技术方案中的路径规划方法，因而具有上述任一技术方案中的路径规划方法的全部有益技术效果。

89、根据本技术的第五方面提出了一种机器人，包括：如上述任一技术方案中路径规划装置，和/或上述任一技术方案中的可读存储介质，因而具有上述任一技术方案中的路径规划装置，和/或上述任一技术方案中的可读存储介质的全部有益技术效果，在此不再做过多赘述。

90、本技术的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本技术的实践了解到。