專利名稱：基于緩沖區(qū)的多移動機器人路徑沖突解決方法
技術領域：
本發(fā)明屬于移動機器人領域，尤其是一種基于緩沖區(qū)的多移動機器人路徑沖突解決方法。
背景技術：
在利用多個移動機器人運輸貨物時，經常會發(fā)生移動機器人路徑沖突的情況，所謂的移動機器人路經沖突就是指兩個以上的移動機器人同時搶占同一個位置。解決多移動機器人路經沖突的方法一般有以下三種:交通規(guī)則法、速率調整法和優(yōu)先級法。所謂交通規(guī)則法也稱為紅綠燈法，當遇到交叉路口時，用紅綠燈控制行人對于交叉路口的通行。所謂速率調整法也是一種用于運動協(xié)調的方法，速率調整包括減緩速度、調整速度方向和停止運行，當兩個移動機器人以相反的方向擠在一個狹窄的過道里，此時，可以通過一定的策略讓一個移動機器人由前進方向改為倒退方向，退回到開闊的空間完成協(xié)調。所謂優(yōu)先級法是預先設置所有人的優(yōu)先級別，當沖突出現(xiàn)時，高優(yōu)先級的人有權指揮低優(yōu)先級的人讓路，高優(yōu)先級人的路徑作為低優(yōu)先級人路徑規(guī)劃時的障礙。以上三種解決多移動機器人路經沖突的方法都有一個共同的特點，不論沖突區(qū)是大還是小，一旦沖突出現(xiàn)時，整個沖突區(qū)都將被占用。如果是交通規(guī)則法，將是整個交叉路口被占用；如果是速率法，也是整個狹窄的過道被占用；如果是優(yōu)先級法，也是高優(yōu)先級移動機器人的路經作為低優(yōu)先級移動機器人路經的障礙，這樣，當沖突區(qū)面積比較大時，一方長時間等待另一方，必然影響運行效率。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種設計合理、效率高且實現(xiàn)簡便的基于緩沖區(qū)的多移動機器人路徑沖突解決方法。本發(fā)明解決其技術問題是采取以下技術方案實現(xiàn)的:一種基于緩沖區(qū)的多移動機器人路徑沖突解決方法，包括調度服務器內的主線程以及并行執(zhí)行的規(guī)劃線程、避碰線程和執(zhí)行線程，所述的主線程包括以下步驟:步驟Al:主線程初始化網(wǎng)狀路徑圖；步驟A2:主線程實時接收移動機器人當前位置的命令反饋信息，根據(jù)反饋信息實時更新網(wǎng)狀路徑圖；所述的規(guī)劃線程包括以下步驟:步驟B1:規(guī)劃線程檢測到有存取貨物任務時，獲取起始點和目標點信息并將任務劃分若干個子任務，每個子任務又設有各自的起始點和目標點，每個子任務可以是空車移動子任務或負載移動子任務；步驟B2:規(guī)劃線程根據(jù)負載移動子任務的起始點、目標點及輸入?yún)?shù)使用圖搜索法輸出當前子任務的密集存儲區(qū) 域任務路徑；
步驟B3:規(guī)劃線程判斷該負載移動子任務目標點是否被上一個的任務釋放掉，如果已經被釋放，則進入步驟B4，否則等待釋放；步驟B4:規(guī)劃線程使用攜帶移動機器人行走方向及排序特征的任務編號標記每個任務路經；步驟B5:規(guī)劃線程標記完所有任務路徑后，將標記后的任務送入路段調度隊列，返回步驟B2 ；所述的路段調度線程包括以下步驟:步驟Cl:路段調度隊列中的各個任務搶占資源變量；步驟C2:當前任務路徑是否全部分配完成，如果完成，刪除當前任務；否則，轉入步驟C3 ；步驟C3:路段調度線程每隔一段時間獲取機器人當前位置信息，根據(jù)信息判斷是否進入下一個任務的臨界區(qū)，如果還未進入下一個任務的臨界區(qū)則返回步驟C3，如果已經進入下一個任務的臨界區(qū)，則轉入步驟C4 ；步驟C4:當機器人進入臨界區(qū)以后，路段調度線程探測路徑前方是否找到帶可用緩沖區(qū)的路段或是否到達終點；步驟C5:路段調度線程根據(jù)探測結果，定義移動機器人可占用路段:步驟C6:將該任務加入到執(zhí)行隊列中，返回步驟Cl ；所述的執(zhí)行線程包括以下步驟:步驟Dl:執(zhí)行線程完成移動機器人行走路線的轉義命令；步驟D2:執(zhí)行隊列等待轉義后的命令；步驟D3:判斷是否有未發(fā)送出去的命令；步驟D4:給移動機器人發(fā)送命令；步驟D5:返回步驟D1。而且，所述主線程建立初始化網(wǎng)狀路徑圖的方法包括以下處理過程:⑴獲得密集存儲區(qū)域的存儲位圖紙；⑵建立存儲點:取每個存儲位中心點作為存儲點；⑶建立路點:在巷道上與存儲點區(qū)域大小相同的可行走區(qū)域的中心點作為路點，該路點沿直線方向在與其姿態(tài)相同的臨近路點區(qū)域以外；⑷建立連通性:將具有連通性的兩個相鄰點進行連線構成初始化網(wǎng)狀路徑圖。而且，所述主線程接收到移動機器人當前位置的命令反饋信息后，立即釋放上一個路點所在路段。而且，所述路段調度線程步驟C5的具體處理方法為:⑴當探測前方有可用緩沖區(qū)，則定義移動機器人可占用路段為從當前起始點直到緩沖區(qū)或終點的全部路段，并轉入路段調度線程的步驟C6 ；⑵探測前方沒有緩沖區(qū)且無障礙物的情況，則定義移動機器人可占用路段為從當前起始點到目標點的全部路段，并轉入路段調度線程的步驟C6 ；⑶探測前方沒有可用緩沖區(qū)且前方有障礙物的情況，則定義移動機器人當前無可占用的路段，移動機器人必須停進緩沖區(qū)進行避讓，并轉入路段調度線程的步驟C4。而且，所述可用緩沖區(qū)為多個緩沖區(qū)連續(xù)排放時，定義移動機器人可占用路段的方法為:從當前點到連續(xù)緩沖區(qū)段中的任意一個緩沖區(qū)的全部路段。而且,所述的當前點為當前任務的起始點或者路徑上的點，或是行駛路徑中的上一個緩沖區(qū)。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是:本發(fā)明將巷道兩側的空車位作為緩沖區(qū)并將緩沖區(qū)作為路段劃分的終點，在每個路段的臨界區(qū)進行探測，當移動機器人探測前方有障礙物時，停進緩沖區(qū)進行避讓，當探測前方無障礙物時，越過緩沖區(qū)繼續(xù)前行，做到了最小路段的占用，解決了現(xiàn)有技術中當多移動機器人發(fā)生路經沖突時，整個沖突區(qū)被占用、一方必須等待另一方完全走過沖突區(qū)才可以進入沖突區(qū)造成效率低的問題，提高了移動機器人運輸?shù)男省?br>

圖1是本發(fā)明的整體處理流程圖；圖2是前方有緩沖區(qū)時通過多次搶占資源變量定義可占用路段的示意圖；圖3是前方有緩沖區(qū)時定義可占用路段的示意圖(未進入臨界區(qū)的情況)；圖4是前方有緩沖區(qū)時定義可占用路段的示意圖(已經進入臨界區(qū)的情況)；圖5是前方有緩沖區(qū)時定義可占用路段的示意圖(取最遠的那個緩沖區(qū))；圖6是前方沒有緩沖區(qū)時一次性占用路段到目標點的示意圖；圖7是前方有障礙物時進入緩沖區(qū)I進行避讓的示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本發(fā)明實施例做進一步詳述:一種基于緩沖區(qū)的多移動機器人路徑沖突解決方法，如圖1所示，包括調度服務器內的主線程和并行執(zhí)行的規(guī)劃線程、路段調度線程和執(zhí)行線程。其中:所述的主線程包括以下步驟:步驟Al:主線程初始化一張網(wǎng)狀路徑圖；在本步驟中，建立初始化網(wǎng)狀路徑圖的方法包括以下處理過程:⑴獲得密集存儲區(qū)域的存儲位圖紙；⑵建立存儲點:取每個存儲位中心點作為存儲點；⑶建立路點:在巷道上與存儲點區(qū)域大小相同的可行走區(qū)域的中心點作為路點，該路點沿直線方向在與其姿態(tài)相同的臨近路點區(qū)域以外；⑷建立連通性:將具有連通性的兩個相鄰點進行連線構成初始化網(wǎng)狀路徑圖。步驟A2:主線程實時接收移動機器人當前位置的命令反饋信息，根據(jù)反饋信息實時更新網(wǎng)狀路徑圖。主線程在接收到移動機器人當前位置的命令反饋信息，立即釋放上一個路點所在路段。所述的規(guī)劃線程包括以下步驟:步驟B1:規(guī)劃線程檢測到有存取貨物任務時，獲取起始點和目標點信息并將任務劃分若干個子任務，每個子任務又設有各自的起始點和目標點，每個子任務可以是空車移動子任務或負載移動子任務；步驟B2:規(guī)劃線程根據(jù)負載移動子任務的起始點、目標點及輸入?yún)?shù)使用圖搜索法輸出當前子任務的密集存儲區(qū)域任務路徑；步驟B3:規(guī)劃線程判斷該負載移動子任務目標點是否被上一個的任務釋放掉，如果已經被釋放，則進入步驟B4，否則等待釋放；步驟B4:規(guī)劃線程使用攜帶移動機器人行走方向及排序特征的任務編號標記每個任務路經；步驟B5:規(guī)劃線程標記完所有任務路徑后，將標記后的任務送入路段調度隊列，返回步驟B2。所述的路段調度線程包括以下步驟:步驟Cl:路段調度隊列中的各個任務搶占資源變量；在本步驟中，一個負載移動子任務執(zhí)行過程中，根據(jù)實際情況往往需要多次搶占資源變量(該資源變量作為標識搶占資源的權利，誰先獲得資源變量，誰就可以搶先占用路段，在本例中，給資源變量賦予真值或假值，例如O或1、Y或N、T或F)。如圖2所示，該任務通過3次搶占資源變量獲得了從起始點到終點的全部路段使用權:當規(guī)劃線程把當前負載移動子任務放入路段調度線程時，該任務第I次搶占到了資源變量，此時移動機器人位于起始點；當移動機器人接近臨界區(qū)I時(38號存儲位附近)，該任務第2次搶占到了資源變量；當移動機器人接近臨界區(qū)2時(35號存儲位附近)時，該任務第3次搶占到了資源變量，此時判斷前方不再有可用緩沖區(qū)，并且無障礙物，并且前方即將到達目標點，此時，路段調度線程給服務器內置一個任務分配完成的標志，并將任務交給執(zhí)行線程，然后釋放資源變量，返回步驟Cl。所謂的臨界區(qū)是:機器人即將走出緩沖區(qū)之前的一段距離為臨界區(qū)，當判定機器人進入臨界區(qū)時，路段調度線程開始再次判斷前方帶可用緩沖區(qū)的路段。步驟C2:當前任務路徑是否全部分配完成，如果完成，刪除當前任務，如果沒完成，轉入步驟C3 ；步驟C3:路段調度線程每隔一段時間(I秒)獲取移動機器人當前位置信息，根據(jù)信息判斷移動機器人是否進入下一個任務的臨界區(qū)，如圖3所示，當路段調度線程判斷移動機器人還未進入臨界區(qū)I時，循環(huán)返回步驟C3繼續(xù)判斷移動機器人當前位置；如圖4所示，當路段調度線程判斷移動機器人已經進入臨界區(qū)I時，此時判斷前方不再有可用緩沖區(qū)，并且無障礙物，并且前方即將到達目標點，此時，路段調度線程給服務器內置一個任務分配完成的標志，并將任務交給執(zhí)行線程，然后釋放資源變量，則轉入步驟C4 ；步驟C4:當機器人進入臨界區(qū)以后，路段調度線程探測路徑前方是否找到帶可用緩沖區(qū)的路段或是否到達終點；步驟C5:路段調度線程根據(jù)探測結果，定義移動機器人可占用路段:⑴探測前方有可用緩沖區(qū)，則定義移動機器人可占用路段為從當前起始點直到緩沖區(qū)或終點的全部路段，轉入步驟C6 ；在這種情況下，探測前方有可用緩沖區(qū)，也就是說，找到帶可用緩沖區(qū)的路段或已經到達終點，此時，定義移動機器人可占用路段為從當前起始點直到該可用緩沖區(qū)或終點的全部路段，如圖2所示，當在起始點處第I次搶占資源變量時，探測前方38號空車位為第I個可用緩沖區(qū)，此時，服務器占用了從起始點到第I個緩沖區(qū)的路段，該路段被占用后，此任務就交給執(zhí)行線程，由執(zhí)行線程發(fā)命令給移動機器人，移動機器人開始行走。當移動機器人行走到圖2中的第I個緩沖區(qū)的臨界區(qū)I時，先暫時不進入第I個可用緩沖區(qū)，在臨界區(qū)I處參加第2輪的搶占資源變量，當?shù)?次搶到了資源變量時，繼續(xù)探測前方路段，由于發(fā)現(xiàn)前方35號空車位還有第2個可用緩沖區(qū)，此時，服務器又占用了從臨界區(qū)I以后到臨界區(qū)2以前的全部路段，路段被占用后，為了提高效率，移動機器人將越過第I個緩沖區(qū)沿著原來的路線繼續(xù)向前行走，并且將第2段任務交給執(zhí)行線程，執(zhí)行線程命令移動機器人繼續(xù)行走第2段路程，當移動機器人行走到第2段路程的臨界區(qū)2時，先暫時不進入緩沖區(qū)，參加第3輪的搶占資源變量，當?shù)?次搶到了資源變量時，探測前方路段，由于發(fā)現(xiàn)前方既沒有可用緩沖區(qū)，也沒有障礙物，并且即將到達目標點，于是，路段調度線程向調度服務器發(fā)出一個任務已經完成的標志，并釋放資源變量，返回步驟Cl。同時，將任務交給執(zhí)行線程時，執(zhí)行線程命令移動機器人直接進入目標點，完成行走任務。在探測前方有可用緩沖區(qū)的情況下，如果存在多個緩沖區(qū)連續(xù)排放時，定義移動機器人可占用路段的方法為:從當前點到連續(xù)緩沖區(qū)段中的任意一個緩沖區(qū)的全部路段，如圖5所示，圖中1、2、3為連 續(xù)空車位作為連續(xù)的3個緩沖區(qū)，當定義第I個可占用路段時，為從起點到空車位3的全部路段。所述的當前點可以是當前任務的起始點或者路徑上的點，也可以是行駛路徑中的上一個緩沖區(qū)。⑵探測前方沒有緩沖區(qū)且無障礙物的情況(從當前起始點到目標點之間沒有障礙物):則定義移動機器人可占用路段為從當前起始點到目標點的全部路段，轉入步驟C6 ；如圖6所示，當前負載移動子任務在起始點處第I次搶占到了資源變量后，探測前方路段，此時，探測前方沒找到帶可用緩沖區(qū)的路段，并且前方也無障礙物(從當前起始點到目標點之間沒有障礙物)，則定義移動機器人可占用路段為從當前起始點到目標點的全部路段，并轉入步驟C6，將該任務放入執(zhí)行線程；⑶探測前方沒有可用緩沖區(qū)且前方有障礙物的情況(被其它移動機器人搶先占用):如果前方有障礙物(從當前起始點到目標點之間有障礙物)，則定義移動機器人當前無可占用的路段，移動機器人必須停進緩沖區(qū)進行避讓，返回步驟C4。如圖7所示，兩個移動機器人相向而行，移動機器人I負載車輛從右到左，移動機器人2負載車輛從左到右，各自的任務終點也是對方的任務起點，移動機器人2搶先一步先得到資源變量，從起始點出發(fā)，并占用了從左側起始點到臨界區(qū)2的全部路段，當移動機器人I行駛到臨界區(qū)I時，又搶先移動機器人I第2次搶占到了資源變量，探測前方路段，發(fā)現(xiàn)前方路段已經被移動機器人2占用，此時必須進入緩沖區(qū)進行避讓，當移動機器人2走到移動機器人2的臨界區(qū)2時，由于此時移動機器人I已經避讓，子任務2探測前方到達終點途中沒有障礙物，此時，占用了從臨界區(qū)2以后一直到終點的全部路段，當移動機器人2到達終點時，移動機器人2向服務器反饋自己當前位置，并且釋放了全部路段，位于緩沖區(qū)I的路段調用線程當再次獲得資源變量探測前方時，發(fā)現(xiàn)障礙物已經被釋放，并且前方還有第2個可用緩沖區(qū)，再次進行占用，同時，將任務再次放入執(zhí)行線程，執(zhí)行線程命令移動機器人I從第I個緩沖區(qū)移出沿著干道繼續(xù)前進，當行進到移動機器人I的臨界區(qū)2時，判斷前方一直到終點之前都沒有障礙物，于是，直接進入終點。步驟C6:將該任務加入到執(zhí)行隊列中，返回步驟Cl進行下一輪的搶占資源變量。所述的執(zhí)行線程包括以下步驟:步驟Dl:執(zhí)行線程完成移動機器人行走路線的轉義命令；
步驟D2:執(zhí)行隊列等待轉義后的命令；步驟D3:判斷是否有未發(fā)送出去的命令；步驟D4:給移動機器人發(fā)送命令；步驟D5:返回步驟D1。如圖2所示，在本實施例中，分別3次進入執(zhí)行線程，由執(zhí)行線程發(fā)送機器人行走的命令，第I次進入執(zhí)行線程執(zhí)行從起始點到路段I的行走命令；第2次進入執(zhí)行線程執(zhí)行從臨界區(qū)I到臨界區(qū)2的行走命令；第3次進入執(zhí)行線程執(zhí)行從臨界區(qū)2到目標終點的命令。需要強調的是，本發(fā)明所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本發(fā)明并不限于具體實施方式
中所述的實施例，凡是由本領域技術人員根據(jù)本發(fā)明的技術方案得出的其他實施方式，同樣屬于本發(fā)明保護的范圍。
權利要求
1.一種基于緩沖區(qū)的多移動機器人路徑沖突解決方法，其特征在于:包括調度服務器內的主線程以及并行執(zhí)行的規(guī)劃線程、避碰線程和執(zhí)行線程， 所述的主線程包括以下步驟: 步驟Al:主線程初始化網(wǎng)狀路徑圖； 步驟A2:主線程實時接收移動機器人當前位置的命令反饋信息，根據(jù)反饋信息實時更新網(wǎng)狀路徑圖； 所述的規(guī)劃線程包括以下步驟: 步驟B1:規(guī)劃線程檢測到有存取貨物任務時，獲取起始點和目標點信息并將任務劃分若干個子任務，每個子任務又設有各自的起始點和目標點，每個子任務可以是空車移動子任務或負載移動子任務； 步驟B2:規(guī)劃線程根據(jù)負載移動子任務的起始點、目標點及輸入?yún)?shù)使用圖搜索法輸出當前子任務的密集存儲區(qū)域任務路徑； 步驟B3:規(guī)劃線程判斷該負載移動子任務目標點是否被上一個的任務釋放掉，如果已經被釋放，則進入步驟B4，否則等待釋放； 步驟B4:規(guī)劃線程使用攜帶移動機器人行走方向及排序特征的任務編號標記每個任務路經; 步驟B5:規(guī)劃線程標記完所有任務路徑后，將標記后的任務送入路段調度隊列，返回步驟B2 ； 所述的路段調度線程包括以下步驟: 步驟Cl:路段調度隊列中的各個任務搶占資源變量； 步驟C2:當前任務路徑是否全部分配完成，如果完成，刪除當前任務；否則，轉入步驟C3 ； 步驟C3:路段調度線程每隔一段時間獲取機器人當前位置信息，根據(jù)信息判斷是否進入下一個任務的臨界區(qū)，如果還未進入下一個任務的臨界區(qū)則返回步驟C3，如果已經進入下一個任務的臨界區(qū)，則轉入步驟C4 ； 步驟C4:當機器人進入臨界區(qū)以后，路段調度線程探測路徑前方是否找到帶可用緩沖區(qū)的路段或是否到達終點； 步驟C5:路段調度線程根據(jù)探測結果，定義移動機器人可占用路段: 步驟C6:將該任務加入到執(zhí)行隊列中，返回步驟Cl ； 所述的執(zhí)行線程包括以下步驟: 步驟Dl:執(zhí)行線程完成移動機器人行走路線的轉義命令； 步驟D2:執(zhí)行隊列等待轉義后的命令； 步驟D3:判斷是否有未發(fā)送出去的命令； 步驟D4:給移動機器人發(fā)送命令； 步驟D5:返回步驟Dl。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于緩沖區(qū)的多移動機器人路徑沖突解決方法，其特征在于:所述主線程建立初始化網(wǎng)狀路徑圖的方法包括以下處理過程: ⑴獲得密集存儲區(qū)域的存儲位圖紙； ⑵建立存儲點:取每個存儲位中心點作為存儲點；⑶建立路點:在巷道上與存儲點區(qū)域大小相同的可行走區(qū)域的中心點作為路點，該路點沿直線方向在與其姿態(tài)相同的臨近路點區(qū)域以外； ⑷建立連通性:將具有連通性的兩個相鄰點進行連線構成初始化網(wǎng)狀路徑圖。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于緩沖區(qū)的多移動機器人路徑沖突解決方法，其特征在于:所述主線程接收到移動機器人當前位置的命令反饋信息后，立即釋放上一個路點所在路段。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于緩沖區(qū)的多移動機器人路徑沖突解決方法，其特征在于:所述路段調度線程步驟C5的具體處理方法為: ⑴當探測前方有可用緩沖區(qū)，則定義移動機器人可占用路段為從當前起始點直到緩沖區(qū)或終點的全部路段，并轉入路段調度線程的步驟C6 ； ⑵探測前方沒有緩沖區(qū)且無障礙物的情況，則定義移動機器人可占用路段為從當前起始點到目標點的全部路段，并轉入路段調度線程的步驟C6 ； ⑶探測前方沒有可用緩沖區(qū)且前方有障礙物的情況，則定義移動機器人當前無可占用的路段，移動機器人必須停進緩沖區(qū)進行避讓，并轉入路段調度線程的步驟C4。
5.根據(jù)權利要求4所述的基于緩沖區(qū)的多移動機器人路徑沖突解決方法，其特征在于:所述可用緩沖區(qū)為多個緩沖區(qū)連續(xù)排放時，定義移動機器人可占用路段的方法為:從當前點到連續(xù)緩沖區(qū)段中的任意一個緩沖區(qū)的全部路段。
6.根據(jù)權 利要求5所述的基于緩沖區(qū)的多移動機器人路徑沖突解決方法，其特征在于:所述的當前點為當前任務的起始點或者路徑上的點，或是行駛路徑中的上一個緩沖區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于緩沖區(qū)的多移動機器人路徑沖突解決方法，其技術特點是包括調度服務器內的主線程以及并行執(zhí)行的規(guī)劃線程、避碰線程和執(zhí)行線程，主線程初始化并實時更新網(wǎng)狀路徑圖；規(guī)劃線程檢測到有存取貨物任務時，獲取起始點和目標點信息并將任務劃分若干個子任務，規(guī)劃任務路徑；路段調度線程的各個任務搶占資源變量、任務分配、定義移動機器人可占用路段并將任務加入到執(zhí)行隊列；執(zhí)行線程執(zhí)行命令并向移動機器人發(fā)送命令。本發(fā)明設計合理，解決了現(xiàn)有技術中當多移動機器人發(fā)生路經沖突時，整個沖突區(qū)被占用、一方必須等待另一方完全走過沖突區(qū)才可以進入沖突區(qū)造成效率低的問題，提高了移動機器人運輸?shù)男省?br> 文檔編號G05D1/02GK103217979SQ201310109729
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月29日 優(yōu)先權日2013年3月29日
發(fā)明者藺鵬, 孫威 申請人:無錫普智聯(lián)科高新技術有限公司