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专利号: 2016111665629
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.适用于仓库环境的改进A*机器人最优路径规划方法,具体步骤如下:

步骤1:设计货架和道路的分布状态,规定道路的宽度只允许一个机器人通过,即1个单位长度;在仓库模型中,位于左侧的是分拣处,右侧的是货架堆,每个货架堆由2×5个货架组成,每个货架的长和宽均为0.9个单位长度;货架堆的总数根据需求调整并且为奇数;任意两个货架堆之间有且只有一条道路,并且整体货架堆外围具有两条相距为1个单位长度的道路,从而保证路径规划算法的完备性以及有效性;若有两条道路相交于仓库中的某个点,则将该点作为节点N,N=(x,y),其中x为当前节点的x坐标值,y为当前节点的y坐标值;

定义Sp=[xb yb xs ys]表示货架的相对位置,其中xb,yb分别表示当前货架所在货架堆的相对位置,xs,ys分别表示当前货架在货架堆内部的相对位置;

步骤2:设计仓库中道路的运行规则,规定道路是单向行驶,并且任意相邻的两条道路的行驶方向相反;机器人只能从横向分布的道路进入货架堆中;定义机器人在道路上的运行状态RS=[xR yR dx dy],其中xR,yR表示机器人在仓库坐标系中的坐标位置,dx,dy分别表示机器人的可行方向,即机器人所在道路的行驶方向,dx,dy∈{0,1,2,3,4};当dx为0时,表示机器人无法横向行驶;若dx为3,则机器人可以向右行驶;若dx为4,则机器人可以向左行驶;当dy为0时,表示机器人无法纵向行驶;若dy为1,则机器人可以向上行驶;若dy为2,则机器人可以向下行驶;

步骤3:给定机器人的起始位置与目标位置,若机器人不经过任何节点就可以到达目标位置,则根据机器人的起始位置与目标位置直接给出最终的路径列表;否则,将其简化为仓库节点之间的路径规划问题;将机器人从初始位置出发到达的第一个节点作为初始节点,机器人到达目标位置时经过的最后一个节点作为目标节点;

步骤4:在步骤3的基础上,对于给定的初始节点与目标节点,使用改进的A*算法搜索最优路径;在计算启发式函数代价时,改进的A*算法需要计算当前节点与目标节点之间的曼哈顿距离,转向次数以及绕行距离;假设作为当前估计的节点为n,记曼哈顿距离代价为hm(n),hm(n)=|xb-xf|+|yb-yf|,其中xb,yb为初始节点的坐标,xf,yf为目标节点的坐标;记转向代价为ht(n),ht(n)=q×turncost,其中q表示当前节点与目标节点之间的最少转向次数,turncost表示每次转向的代价值;记绕行距离代价为he(n),通过判断当前节点与目标节点的绕行次数,结合仓库模型的信息可以得到具体的he(n)值;在得到曼哈顿距离代价、转向代价、绕行距离代价后,记改进A*算法的启发式函数为h(n),用于估计当前节点n与目标节点的启发式代价,h(n)=hm(n)+ht(n)+he(n);利用改进A*算法搜索节点列表,记为Listj;

步骤5:记机器人的初始位置与初始节点之间的路径列表为Listb,机器人的目标位置与目标节点之间的路径列表为Listf;将Listb添加至Listj的头部,将Listf添加至Listj的尾部,构成完整的路径列表;将列表中的节点坐标位置与实际的仓库中的位置坐标相对应,得到机器人的运行路线;

步骤6:将机器人的运行路线扩展为机器人的运行状态列表,记为SListR,由一系列的机器人状态构成;根据给定的机器人运行路线,判断路线上各个点所在道路的运行规则,得到机器人在当前点的运行方向,从而将机器人的运行路线扩展为机器人的运行状态;将机器人的运行状态列表发送给机器人,让机器人完成巡线的任务。

2.根据权利要求1所述的适用于仓库环境的改进A*机器人最优路径规划方法,其特征在于:保证横纵方向的道路数量均为偶数,避免出现机器人无法移动的状态; 步骤1中货架位置坐标表示以货架堆整体建立坐标系,定义了每个货架在整体货架堆中相对位置,通过坐标变换得到在仓库坐标系中的坐标。