[go: up one dir, main page]

RU2769710C1 - Method for building a route and controlling the movement of a mobile service robot in retail premises - Google Patents

Method for building a route and controlling the movement of a mobile service robot in retail premises Download PDF

Info

Publication number
RU2769710C1
RU2769710C1 RU2021100630A RU2021100630A RU2769710C1 RU 2769710 C1 RU2769710 C1 RU 2769710C1 RU 2021100630 A RU2021100630 A RU 2021100630A RU 2021100630 A RU2021100630 A RU 2021100630A RU 2769710 C1 RU2769710 C1 RU 2769710C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
robot
movement
mobile service
software module
module
Prior art date
Application number
RU2021100630A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Владимирович Лаконцев
Михаил Александрович Куренков
Владимир Сергеевич Рамжаев
Тамаш Гуль Карим Фазли
Дмитрий Олегович Тетерюков
Андрей Вениаминович Семенов
Серафим Алексеевич Новичков
Original Assignee
Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования «Сколковский институт науки и технологий»
Общество с ограниченной ответственностью «Платформа»
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования «Сколковский институт науки и технологий», Общество с ограниченной ответственностью «Платформа» filed Critical Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования «Сколковский институт науки и технологий»
Priority to RU2021100630A priority Critical patent/RU2769710C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2769710C1 publication Critical patent/RU2769710C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00Controls for manipulators
    • B25J13/08Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16Programme controls
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02Control of position or course in two dimensions

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

FIELD: robotics.
SUBSTANCE: invention relates to the field of robotics and can be used for controlling the movement of a mobile service robot performing process functions at commercial facilities, preventing collisions thereof with obstacles. The method includes defining a route from the route formation module, obtaining a "potential collision" indicator from the collision prevention module, establishing the starting and target points of movement of the robot, and preliminarily indicating the location of obstacles in the map. When an obstacle is detected by sensors in the information processing module, a two-dimensional point cloud of the obstacle is formed and transmitted together with the data on the dimensions of the contour of the platform of the robot to the information processing module, then to the collision prevention module, and then to the movement control module, wherein the linear and angular velocities of the robot are set and transmitted to the module of the electric engine control driver and to the controllers of the electric engines of the wheels.
EFFECT: use of the invention allows for an increase in the accuracy of movement of the robot along a preset trajectory in conditions of a dynamic environment.
1 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области робототехники, а именно к способам построения маршрута движения и предотвращения столкновений с препятствиями мобильного сервисного робота (далее также «робота»), осуществляющего технологические функции на коммерческих объектах, в частности, операции, связанные с инвентаризацией.The invention relates to the field of robotics, and in particular to methods for constructing a route of movement and avoiding collisions with obstacles of a mobile service robot (hereinafter also referred to as a "robot") that performs technological functions at commercial facilities, in particular, inventory-related operations.

Известен автономный мобильный робот, включающий в себя базу робота, бортовую навигационную систему и способ его движения (патент US № 9592609 от 25.01.2013) в физической среде со стационарными и нестационарными препятствиями, причем способ включает: An autonomous mobile robot is known, which includes a robot base, an on-board navigation system and a method for its movement ( US patent No. 9592609 dated January 25, 2013) in a physical environment with stationary and non-stationary obstacles, and the method includes:

a) сохранение на базе робота глобальной карты, определяющей план помещения с набор рабочих мест; a) saving on the basis of the robot a global map that defines the layout of the premises with a set of jobs;

b) получение роботом от базы задания, включающего в себя указанное местоположение задания, связанное с картой с указанным набором операций; b) receiving by the robot from the base of the job, including the specified location of the job associated with the map with the specified set of operations;

c) активация бортовой навигационной системы для автоматического c) activation of the onboard navigation system for automatic

(i) определения местоположения робота на основе глобальной карты; (i) determining the location of the robot based on the global map;

(ii) построение локальной траектории в двухкоординатной системе с использованием сенсоров и дальнейшее уточнение локальной траектории;(ii) construction of a local trajectory in a two-coordinate system using sensors and further refinement of the local trajectory;

(iii) нахождение кратчайшего пути с использованием локальной траектории на карте с сеткой и перемещение мобильного робота из текущего положения мобильного робота в целевую точку на плане помещения путем движения мобильного робота с заданной линейной и угловой скоростями по первому пути, если движение мобильного робота по первому пути может привести к столкновению со стационарными или нестационарными препятствиями, то автоматически создается второй путь от текущего положения мобильного робота до положения на плане помещения в соответствии с локальной траекторией, с учетом предотвращения столкновений;(iii) finding the shortest path using the local path on the grid map and moving the mobile robot from the current position of the mobile robot to the target point on the floor plan by moving the mobile robot at a given linear and angular velocity along the first path if the mobile robot moves along the first path can lead to a collision with stationary or non-stationary obstacles, then a second path is automatically created from the current position of the mobile robot to the position on the floor plan in accordance with the local trajectory, taking into account collision avoidance;

(iv) подача команд на движение с указанием линейной и угловой скоростей и приведение мобильного робота с использованием второго пути в фактическое местоположение;(iv) issuing motion commands indicating linear and angular velocities and bringing the mobile robot using the second path to the actual location;

d) выполнение роботом задания в виде набора операций, связанных с указанным местоположением задания на карте.d) the execution of the task by the robot as a set of operations associated with the specified location of the task on the map.

Недостатком данного способа является то, что при построении и перестроении маршрута движения учитываются только начальная и конечная точки маршрута, а промежуточные точки маршрута не являются обязательными для прохождения. Так же при прогнозировании возможного столкновения робота со стационарным или нестационарным препятствием, не учитываются физические размеры робота, а при обнаружении препятствия сенсорами робота во время движения робота не учитывается возможность столкновения с препятствием после подачи команды на остановку робота.The disadvantage of this method is that when building and rebuilding the route of movement, only the start and end points of the route are taken into account, and the intermediate points of the route are not mandatory for passing. Also, when predicting a possible collision of a robot with a stationary or non-stationary obstacle, the physical dimensions of the robot are not taken into account, and when an obstacle is detected by the robot's sensors while the robot is moving, the possibility of a collision with an obstacle after a command to stop the robot is not taken into account.

Известны устройство и способ для планирования пути мобильного робота (патент US № 10369695 от 28.04.2015). Устройство содержит: блок распознавания препятствия, расположенного между начальной точкой и целевой точкой мобильного робота, для определения узлов на основе сетки; блок планирования пути, выбирающий узлы на основе сетки, для развертывания дерева планирования пути для управления движением мобильного робота.A device and a method for planning the path of a mobile robot are known ( US patent No. 10369695 of 04/28/2015). The device comprises: an obstacle recognition unit located between the starting point and the target point of the mobile robot for determining nodes based on the grid; a path planning block that selects nodes based on the grid to deploy a path planning tree for motion control of the mobile robot.

Способ планирования пути мобильного робота по п.1, в котором модуль планирования пути выполняет выборку узлов на основе сетки путем случайного извлечения случайного узла из набора узлов в сетке.Способ планирования пути мобильного робота по п.1, в котором модуль планирования пути выполняет расширение дерева планирования используя алгоритм быстрого исследования случайного дерева (RRT).The mobile robot path planning method of claim 1, wherein the path planning module performs grid-based node sampling by randomly extracting a random node from a set of nodes in the grid. The mobile robot path planning method of claim 1, wherein the path planning module performs tree expansion planning using the Rapid Random Tree Exploration (RRT) algorithm.

Способ планирования пути мобильного робота по п.1, в котором модуль планирования пути сравнивает первую функцию, которая включает расчета дистанции из выбранного до целевого узла и вектор направления со второй функцией, которая включает расчет дистанции из текущего положения робота до целевой точки и вектор направления.The mobile robot path planning method according to claim 1, wherein the path planning module compares the first function, which includes calculating the distance from the selected to the target node and the direction vector, with the second function, which includes calculating the distance from the current position of the robot to the target point and the direction vector.

Способ планирования пути мобильного робота по п.5, в котором в результате сравнивается первая функция вычисления пути со второй функцией вычисления пути, блок планирования пути не добавляет выбранный узел к дереву планирования пути, когда значение первой функция вычисления пути больше, чем значение второй функции вычисления пути, и добавляет выбранный узел к дереву пути, когда значение первой функции вычисления пути меньше значения второй функции вычисления пути.The mobile robot path planning method of claim 5, wherein as a result of comparing the first path calculation function with the second path calculation function, the path planning block does not add the selected node to the path planning tree when the value of the first path calculation function is greater than the value of the second calculation function path, and adds the selected node to the path tree when the value of the first path evaluation function is less than the value of the second path evaluation function.

Способ планирования пути мобильного робота по п.1, в котором блок распознавания устанавливает узлы на основе сетки с учетом кинематических характеристик мобильного робота.The path planning method of the mobile robot according to claim 1, wherein the recognition unit sets the nodes based on the grid, taking into account the kinematic characteristics of the mobile robot.

Способ планирования пути мобильного робота по п. 8, в котором блок планирования пути выполняет выборку узлов на основе сетки без учета кинематических характеристик мобильного робота.The mobile robot path planning method according to claim 8, wherein the path planning unit performs grid-based node sampling without taking into account the kinematic characteristics of the mobile robot.

Способ построения пути мобильного робота включает установку начальной точки и целевой точки в области движения мобильного робота на основе карты захвата, распознавание препятствий, расположенного между начальной точкой и целевой точкой мобильного робота для настройки сетки целевых точек и выбор узлов на основе расширения дерева планирования пути для управления движением мобильного робота.The method for constructing a mobile robot path includes setting a start point and a target point in the mobile robot motion area based on a capture map, recognizing obstacles located between the start point and the target point of the mobile robot to set up a grid of target points, and selecting nodes based on expanding the path planning tree for control. movement of the mobile robot.

Способ планирования пути мобильного робота по п. 11, в котором при настройке узлов на основе сетки узлы устанавливаются как промежуточные точки, которые являются точками поворота, определенными между начальной и целевой точкой на основе карты.The path planning method of the mobile robot according to claim 11, wherein, when setting the nodes based on the grid, the nodes are set as intermediate points, which are the turning points defined between the start point and the target point based on the map.

Способ планирования пути мобильного робота по п. 11, в котором при установке узлов на основе сетки узлы устанавливаются с учетом кинематических характеристик мобильного робота.The path planning method of the mobile robot according to claim 11, wherein when installing nodes based on a grid, the nodes are set taking into account the kinematic characteristics of the mobile robot.

При данном способе планирования пути кинематические характеристики мобильного робота включают в себя, по меньшей мере, один из следующих видов информации: информацию о перемещении мобильного робота или информацию о перемещении мобильного робота. Расширение дерева планирования пути и выбор узла на основе сетки выполняются случайного включения любого узла из узлов на основе сетки и повторяются до тех пор, пока выбранный узел не станет узлом, соответствующей точке, возможно использованием алгоритма быстрого исследования случайного дерева (RRT).With this path planning method, the kinematic characteristics of the mobile robot include at least one of the following types of information: information about the movement of the mobile robot or information about the movement of the mobile robot. Path planning tree expansion and grid-based node selection are performed by randomly inserting any node from the grid-based nodes and iterated until the selected node is a node corresponding to a point, possibly using the fast random tree exploration ( RRT ) algorithm.

Недостатком данного способа является то, что при обнаружении сенсорами робота во время движения робота препятствия не учитывается возможность столкновения с препятствием после подачи команды на остановку робота, а отсутствие модуля траекторного регулятора ухудшает точность движения робота по заданной траектории.The disadvantage of this method is that when an obstacle is detected by the robot's sensors while the robot is moving, the possibility of a collision with an obstacle after a command to stop the robot is given, and the absence of a trajectory controller module worsens the accuracy of the robot's movement along a given trajectory.

Известны система и способ навигации робота по целевой траектории с обходом препятствий (патент US № 10429847 от 01.10.2019), в которой динамическими препятствиями являются другие движущиеся роботы.A system and a method for navigating a robot along a target trajectory with obstacle avoidance are known ( US patent No. 10429847 dated October 1, 2019), in which other moving robots are dynamic obstacles.

Система для навигации робота по траектории к цели с обходом препятствий обеспечивает приемопередатчик, процессор и устройство хранения данных для инструкций, для исполнения процессором вычислений, для достижения цели, пути определения к цели, получение карты препятствий, координат положения робота, получение положений одного или нескольких других роботов, как динамических препятствий для робота, генерирование набора скоростей робота; оценка первого набора скоростей робота с использованием функций; выбор предпочтительной скорости робота; создание набора скоростей препятствий.A system for navigating a robot along a trajectory to a target with obstacle avoidance provides a transceiver, a processor, and a data storage device for instructions, for the processor to perform calculations, to reach the target, determine paths to the target, obtain an obstacle map, position coordinates of the robot, obtain the positions of one or more others. robots as dynamic obstacles for the robot, generating a set of robot speeds; estimating the first set of robot speeds using the functions; choice of preferred robot speed; creating a set of obstacle velocities.

Способ навигации робота по задачам траектории с обходом препятствий включает: получение цели для робота, определение траектории, получение карты препятствий, получение положения робота, генерирование набора скорости для робота, оценку, с использованием функций, набора скоростей, выбор предпочтения скорости робота. Основные функции, определение и характеристики динамических препятствий на основе положения робота и предпочтительной скорости робота; перемещение робота на основе предпочтительной скорости.The method for navigating a robot through trajectory tasks with obstacle avoidance includes: obtaining a target for the robot, determining the trajectory, obtaining an obstacle map, obtaining the position of the robot, generating a set of speed for the robot, estimating, using functions, a set of speeds, choosing a preference for the speed of the robot. Basic functions, definition and characteristics of dynamic obstacles based on the position of the robot and the preferred speed of the robot; move the robot based on the preferred speed.

Способ по п. 1, в котором поза первого робота определяется одним или несколькими из следующих способов: согласование сканирования с множественным разрешением (M3RSM) «многие-ко-многим», адаптивная локализация Монте-Карло (AMCL), система глобального позиционирования (GPS), опорная информация и одометрия на основе датчиков роботов.The method of claim 1, wherein the pose of the first robot is determined by one or more of the following: many-to-many multi-resolution scan matching (M3RSM), Monte Carlo adaptive localization (AMCL), global positioning system (GPS) , reference information and odometry based on robot sensors.

Недостатком данного способа является пониженная точность задания параметров движения робота по заданной траектории в динамическом окружении.The disadvantage of this method is the reduced accuracy of setting the parameters of the robot's movement along a given trajectory in a dynamic environment.

Известен способ смешанного планирования пути, применяемый для управления движением мобильных роботов в помещениях, с использованием динамического окна и оптимального метода взаимного предотвращения столкновений в динамической среде (патент CN № 109945873 от 22.09.2017, прототип способа).A known method of mixed path planning is used to control the movement of mobile robots in rooms using a dynamic window and the optimal method of mutual collision avoidance in a dynamic environment ( CN patent No. 109945873 dated 09/22/2017, prototype of the method).

Способ смешанного планирования пути сочетается со способом глобального планирования пути в статической среде и способом локального планирования пути. Способ смешанного планирования пути используется для подачи информации о внешней среде в систему через внешний датчик для построения сеточной модели. Изобретение раскрывает способ смешанного планирования пути с объединением параллельного двунаправленного алгоритма A-star и улучшенного алгоритма искусственного потенциального поля; параллельный двунаправленный алгоритм A-star используется для поиска глобальных и статических путей; улучшенный алгоритм искусственного потенциального поля (APF) используется для поиска локальных и динамических путей. The mixed path planning method is combined with the global path planning method in a static environment and the local path planning method. The mixed path planning method is used to supply information about the external environment to the system through an external sensor to build a grid model. The invention discloses a mixed path planning method combining a parallel bidirectional A-star algorithm and an improved artificial potential field algorithm; a parallel bidirectional A-star algorithm is used to find global and static paths; an improved artificial potential field (APF) algorithm is used to find local and dynamic paths.

Использование вышеперечисленных способов при управлении движением робота предполагает: The use of the above methods when controlling the movement of the robot involves:

- получение маршрута от программного модуля формирования маршрута движения; - receiving a route from the software module for forming the route of movement;

- получение признака «потенциальное столкновение» от программного модуля предотвращения столкновений;- receiving the sign "potential collision" from the collision avoidance software module;

- получение координат местонахождения робота от программного модуля формирования глобальной карты помещения;- obtaining coordinates of the location of the robot from the software module for generating a global map of the premises;

- установление начальной точки и целевой точки движения робота; - setting the starting point and target point of the robot's movement;

- предварительное указание расположения препятствий на карте; - preliminary indication of the location of obstacles on the map;

- поиск и получение точек оптимального маршрута движения без столкновений от текущей позиции до целевой с использованием алгоритма планирования пути; - searching and obtaining points of the optimal route of movement without collisions from the current position to the target using the path planning algorithm;

- построение локальной траектории без столкновений, и извлечение ряда локальных целевых точек, относительно начальной точки, точек поворота и целевой точки; - construction of a local trajectory without collisions, and extraction of a number of local target points, relative to the starting point, turning points and target point;

- построение части локальной траектории и обновление информации о локальной траектории с использованием результатов сканирования сенсорами робота в режиме реального времени; - building a part of the local trajectory and updating information about the local trajectory using the results of scanning by the robot's sensors in real time;

- запуск процесса управления движением робота при локальном планировании пути, чтение информации с локальной траектории, предоставленной потоком информации от модуля построения локальной траектории в режиме реального времени, использование локальной целевой точки в качестве текущей целевой точки с использованием алгоритма планирования пути для реализации движения по локальной траектории без столкновений с объездом статических и динамических препятствий. - launching the process of controlling the movement of the robot during local path planning, reading information from the local trajectory provided by the information flow from the local trajectory building module in real time, using the local target point as the current target point using the path planning algorithm to implement movement along the local trajectory without collisions with a detour of static and dynamic obstacles.

Недостатком данного способа является пониженная точность задания параметров движения робота по заданной траектории в динамическом окружении. The disadvantage of this method is the reduced accuracy of setting the parameters of the robot's movement along a given trajectory in a dynamic environment.

Техническая задача, решаемая изобретением, - повышение точности движения мобильного робота по заданной траектории в динамическом окружении. The technical problem solved by the invention is to improve the accuracy of the movement of a mobile robot along a given trajectory in a dynamic environment.

Техническая задача решена в способе управления движением мобильного сервисного робота, состоящего из подвижной платформы, электродвигателей колес с контроллером, сенсоров, контроллера сенсоров, блока человеко-машинного интерфейса, блока коммуникаций и сервисного устройства, системы управления, имеющей:The technical problem is solved in a way to control the movement of a mobile service robot, consisting of a mobile platform, wheel motors with a controller, sensors, a sensor controller, a human-machine interface unit, a communications unit and a service device, a control system having:

- компьютер, размещенный на подвижной платформе мобильного сервисного робота, сконфигурированный для управления движением;- a computer placed on the mobile platform of the mobile service robot, configured for motion control;

- программный модуль, который управляет подвижной платформой и обеспечивает:- a software module that controls the mobile platform and provides:

- объезд препятствий, обнаружение препятствия и получении данных от сенсоров в виде двухмерного облака точек обнаруженных препятствий и контура мобильного сервисного робота, программным модулем предотвращения столкновений выполняются следующие действия (вычисления): - bypassing obstacles, detecting an obstacle and receiving data from sensors in the form of a two-dimensional cloud of points of detected obstacles and the contour of a mobile service robot, the following actions (calculations) are performed by the collision avoidance software module:

- - вычисление безопасного расстояния

Figure 00000001
до препятствия в состоянии движения мобильного сервисного робота с учетом предварительной команды управления движением мобильного сервисного робота:- - calculation of the safe distance
Figure 00000001
to an obstacle in the state of movement of the mobile service robot, taking into account the preliminary command to control the movement of the mobile service robot:

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

где

Figure 00000003
– безопасное расстояние до препятствия в состоянии движения мобильного сервисного робота,where
Figure 00000003
– safe distance to the obstacle in the state of movement of the mobile service robot,

Figure 00000004
– безопасное расстояние до препятствия в состоянии покоя мобильного сервисного робота,
Figure 00000004
is the safe distance to the obstacle at rest of the mobile service robot,

Figure 00000005
– линейная скорость мобильного сервисного робота;
Figure 00000005
is the linear speed of the mobile service robot;

Figure 00000006
– линейное ускорение мобильного сервисного робота;
Figure 00000006
– linear acceleration of the mobile service robot;

Figure 00000007
– ожидаемый тормозной путь мобильного сервисного робота;
Figure 00000007
is the expected stopping distance of the mobile service robot;

- вычисление программой координат

Figure 00000008
,
Figure 00000009
,
Figure 00000010
n-ых экстраполированных позиций мобильного сервисного робота:- calculation of coordinates by the program
Figure 00000008
,
Figure 00000009
,
Figure 00000010
n -th extrapolated positions of the mobile service robot:

Figure 00000011
,
Figure 00000012
,
Figure 00000013
,
Figure 00000011
,
Figure 00000012
,
Figure 00000013
,

где

Figure 00000008
,
Figure 00000009
– координаты экстраполированной позиции мобильного сервисного робота;where
Figure 00000008
,
Figure 00000009
– coordinates of the extrapolated position of the mobile service robot;

Figure 00000010
– угол направления движения мобильного сервисного робота в экстраполированной позиции;
Figure 00000010
is the angle of the direction of movement of the mobile service robot in the extrapolated position;

Figure 00000014
– номер экстраполированной позиции мобильного сервисного робота;
Figure 00000014
is the number of the extrapolated position of the mobile service robot;

Figure 00000015
– шаг экстраполяции по времени;
Figure 00000015
is the time step of extrapolation;

- выдача команды на перемещение проекции формы мобильного сервисного робота в экстраполированную позицию;- issuing a command to move the projection of the form of the mobile service robot to an extrapolated position;

- последующее определение наличия пересечения проекцией формы мобильного сервисного робота двухмерного облака точек препятствия. - subsequent determination of whether the projection of the form of the mobile service robot crosses the two-dimensional cloud of obstacle points.

Данная совокупность отличительных признаков способа управления движением мобильного сервисного робота не найдена в процессе патентно-информационного поиска, следовательно, изобретение соответствует критерию «новизна». Она также не следует явно из уровня техники, следовательно, изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень».This set of distinguishing features of the method for controlling the movement of a mobile service robot was not found in the process of patent information search, therefore, the invention meets the criterion of "novelty". It also does not follow explicitly from the prior art, therefore, the invention meets the criterion of "inventive step".

На фиг. 1 показана схема коммерческого помещения.In FIG. 1 shows a diagram of a commercial premises.

На фиг. 2 показана структурная схема мобильного сервисного робота.In FIG. 2 shows a block diagram of a mobile service robot.

На фиг. 3 – схема алгоритма предотвращения столкновений.In FIG. 3 is a diagram of the collision avoidance algorithm.

На фиг. 4 показана схема определения программным модулем предотвращения столкновений безопасного расстояния между проекцией мобильного сервисного робота и облаком точек препятствия.In FIG. 4 shows a diagram of how the anti-collision software module determines the safe distance between the projection of the mobile service robot and the obstacle point cloud.

На фиг. 5 – схема алгоритма программного драйвера управления электродвигателями колес.In FIG. 5 - diagram of the algorithm of the software driver for controlling the wheel motors.

Способ управления (фиг. 3-5) движением мобильного сервисного робота 1 (фиг. 1) в помещении 2 коммерческого объекта (фиг. 1), состоящего из подвижной платформы 3, сенсоров 4, контроллера 5 (фиг. 2) сенсоров 4, электродвигателей 6 колес 7 (фиг. 6), контроллера 8 электродвигателей 6, колес 7, блока 9 человеко-машинного интерфейса, блока 10 коммуникаций и сервисного устройства 11 с помощью системы управления (фиг. 3-4), имеющей:The method of controlling (Fig. 3-5) the movement of a mobile service robot 1 (Fig. 1) in a room 2 of a commercial facility (Fig. 1), consisting of a mobile platform 3, sensors 4, a controller 5 (Fig. 2) of sensors 4, electric motors 6 wheels 7 (Fig. 6), a controller 8 of electric motors 6, wheels 7, a human-machine interface unit 9, a communications unit 10 and a service device 11 using a control system (Fig. 3-4) having:

- компьютер 12, размещенный на подвижной платформе 3 мобильного сервисного робота 1, сконфигурированный для управления движением.- a computer 12 placed on the mobile platform 3 of the mobile service robot 1 configured for motion control.

Алгоритм (фиг. 3) предотвращения столкновений включает действия (шаги) по:The collision avoidance algorithm (Fig. 3) includes actions (steps) for:

- получению программой предварительной команды управления движением мобильного сервисного робота 1 от программного модуля траекторного регулятора;- receipt by the program of a preliminary command to control the movement of the mobile service robot 1 from the program module of the trajectory controller;

- получению программой двухмерного облака точек от программной обработки информации сенсоров 4;- obtaining by the program a two-dimensional cloud of points from the software processing of information from the sensors 4;

- вычислению программой безопасного расстояния

Figure 00000001
до препятствия 23 в состоянии движения мобильного сервисного робота 1 с учетом предварительной команды управления движением мобильного сервисного робота 1:- calculation by the program of a safe distance
Figure 00000001
to the obstacle 23 in the state of movement of the mobile service robot 1, taking into account the preliminary command to control the movement of the mobile service robot 1:

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

где

Figure 00000003
– безопасное расстояние до препятствия 23 в состоянии движения мобильного сервисного робота 1,where
Figure 00000003
– safe distance to the obstacle 23 in the state of movement of the mobile service robot 1,

Figure 00000004
– безопасное расстояние до препятствия в состоянии покоя мобильного сервисного робота 1,
Figure 00000004
is the safe distance to the obstacle at rest of the mobile service robot 1,

Figure 00000007
– ожидаемый тормозной путь мобильного сервисного робота 1;
Figure 00000007
is the expected stopping distance of the mobile service robot 1;

- вычислению программой координат

Figure 00000008
,
Figure 00000009
,
Figure 00000010
n-ых экстраполированных позиций мобильного сервисного робота 1:- calculation of coordinates by the program
Figure 00000008
,
Figure 00000009
,
Figure 00000010
n -th extrapolated positions of the mobile service robot 1:

Figure 00000011
,
Figure 00000012
,
Figure 00000013
,
Figure 00000011
,
Figure 00000012
,
Figure 00000013
,

где

Figure 00000008
,
Figure 00000009
,
Figure 00000010
– экстраполированные координаты позиции мобильного сервисного робота 1;where
Figure 00000008
,
Figure 00000009
,
Figure 00000010
– extrapolated position coordinates of the mobile service robot 1;

Figure 00000014
– номер экстраполированной позиции мобильного сервисного робота 1;
Figure 00000014
– number of extrapolated position of mobile service robot 1;

Figure 00000015
– шаг экстраполяции во времени;
Figure 00000015
is the extrapolation step in time;

- перемещению проекции формы мобильного сервисного робота 1 в экстраполированную позицию с последующим определением наличия пересечения ею двухмерного облака точек 24 (фиг. 4).- moving the projection of the shape of the mobile service robot 1 to an extrapolated position with the subsequent determination of the presence of its intersection with a two-dimensional cloud of points 24 (Fig. 4).

Алгоритм (фиг. 5) программного драйвера управления электродвигателями 6 колес 7 включает:The algorithm (Fig. 5) of the software driver for controlling electric motors 6 of wheels 7 includes:

- получение программой команды управления движением мобильного сервисного робота 1 от программного модуля предотвращения столкновений;- receiving by the program a command to control the movement of the mobile service robot 1 from the collision avoidance software module;

- расчет программой задания для контроллера 8 электродвигателей 6 колес 7 скоростей

Figure 00000016
и
Figure 00000017
первого и второго колес 7 робота 1 с радиусом
Figure 00000018
и колеей
Figure 00000019
:- calculation by the program of the task for the controller 8 electric motors 6 wheels 7 speeds
Figure 00000016
and
Figure 00000017
of the first and second wheels 7 of the robot 1 with a radius
Figure 00000018
and track
Figure 00000019
:

Figure 00000020
,
Figure 00000021
,
Figure 00000020
,
Figure 00000021
,

где

Figure 00000022
– скорость первого колеса 7 мобильного сервисного робота 1,where
Figure 00000022
is the speed of the first wheel 7 of the mobile service robot 1,

Figure 00000023
– скорость второго колеса 7 мобильного сервисного робота 1,
Figure 00000023
is the speed of the second wheel 7 of the mobile service robot 1,

Figure 00000024
– величина колеи мобильного сервисного робота 1,
Figure 00000024
– gauge of the mobile service robot 1,

Figure 00000025
– радиус колеса мобильного сервисного робота 1.
Figure 00000025
is the wheel radius of the mobile service robot 1.

Технический эффект, - повышение точности движения мобильного сервисного робота 1 по заданной траектории в динамическом окружении, - достигается за счет отличительных признаков способа управления мобильным сервисным роботом 1 с помощью описанной системы управления:The technical effect - increasing the accuracy of the movement of the mobile service robot 1 along a given trajectory in a dynamic environment - is achieved due to the distinctive features of the method for controlling the mobile service robot 1 using the described control system:

- после формирования траектории мобильного сервисного робота для каждого известного фрагмента траектории программным модулем траекторного регулятора вычисляются линейная и угловая скорости мобильного сервисного робота 1, с учетом заранее заданных пороговых максимальных значений линейной и угловой скоростей мобильного сервисного робота 1:- after the formation of the trajectory of the mobile service robot for each known fragment of the trajectory, the software module of the trajectory controller calculates the linear and angular speeds of the mobile service robot 1, taking into account the predetermined threshold maximum values of the linear and angular velocities of the mobile service robot 1:

Figure 00000026
,
Figure 00000027
,
Figure 00000026
,
Figure 00000027
,

где

Figure 00000005
– линейная скорость мобильного сервисного робота 1,
Figure 00000028
– угловая скорость мобильного сервисного робота 1,
Figure 00000029
– пороговая (максимальная) линейная скорость мобильного сервисного робота 1,
Figure 00000030
– пороговая (максимальная) угловая скорость мобильного сервисного робота 1:where
Figure 00000005
– linear speed of mobile service robot 1,
Figure 00000028
is the angular velocity of the mobile service robot 1,
Figure 00000029
– threshold (maximum) linear speed of the mobile service robot 1,
Figure 00000030
– threshold (maximum) angular velocity of the mobile service robot 1:

- при обнаружении препятствия 23 и получении данных от сенсоров 4 в виде двухмерного облака точек обнаруженных препятствий 23 и контура мобильного сервисного робота 1 программным модулем предотвращения столкновений выполняются следующие действия (вычисления):- when an obstacle 23 is detected and data is received from sensors 4 in the form of a two-dimensional point cloud of detected obstacles 23 and the contour of a mobile service robot 1, the collision avoidance software module performs the following actions (calculations):

- вычисление программой безопасного расстояния

Figure 00000001
до препятствия 23 в состоянии движения мобильного сервисного робота 1 с учетом предварительной команды управления движением мобильного сервисного робота 1:- calculation of the safe distance by the program
Figure 00000001
to the obstacle 23 in the state of movement of the mobile service robot 1, taking into account the preliminary command to control the movement of the mobile service robot 1:

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

где

Figure 00000003
– безопасное расстояние до препятствия 23 в состоянии движения мобильного сервисного робота 1,where
Figure 00000003
– safe distance to the obstacle 23 in the state of movement of the mobile service robot 1,

Figure 00000004
– безопасное расстояние до препятствия 23 в состоянии покоя мобильного сервисного робота 1,
Figure 00000004
– safe distance to obstacle 23 at rest of mobile service robot 1,

Figure 00000005
– линейная скорость мобильного сервисного робота 1;
Figure 00000005
– linear speed of mobile service robot 1;

Figure 00000006
– линейное ускорение мобильного сервисного робота 1;
Figure 00000006
– linear acceleration of the mobile service robot 1;

Figure 00000007
– ожидаемый тормозной путь мобильного сервисного робота 1;
Figure 00000007
is the expected stopping distance of the mobile service robot 1;

- вычисление программой координат

Figure 00000008
,
Figure 00000009
,
Figure 00000010
n-ых экстраполированных позиций мобильного сервисного робота 1:- calculation of coordinates by the program
Figure 00000008
,
Figure 00000009
,
Figure 00000010
n -th extrapolated positions of the mobile service robot 1:

Figure 00000011
,
Figure 00000012
,
Figure 00000013
,
Figure 00000011
,
Figure 00000012
,
Figure 00000013
,

где

Figure 00000008
,
Figure 00000009
– экстраполированные координаты позиции мобильного сервисного робота 1;where
Figure 00000008
,
Figure 00000009
– extrapolated position coordinates of the mobile service robot 1;

Figure 00000010
– угол направления движения мобильного сервисного робота 1 в экстраполированной позиции;
Figure 00000010
is the angle of the direction of movement of the mobile service robot 1 in the extrapolated position;

Figure 00000014
– номер экстраполированной позиции мобильного сервисного робота 1;
Figure 00000014
– number of extrapolated position of mobile service robot 1;

Figure 00000015
– шаг экстраполяции во времени;
Figure 00000015
is the extrapolation step in time;

- выдача команды на перемещение проекции формы мобильного сервисного робота 1 в экстраполированную позицию; - issuing a command to move the projection of the form of the mobile service robot 1 to the extrapolated position;

- последующее определение наличия пересечения проекцией формы мобильного сервисного робота 1 двухмерного облака точек 24 препятствия 23 (Отмечено фигурой синего цвета).- subsequent determination of the presence of the intersection of the projection of the shape of the mobile service robot 1 two-dimensional cloud of points 24 obstacles 23 (marked with a blue figure).

Claims (16)

Способ управления движением мобильного сервисного робота, состоящего из подвижной платформы, электродвигателей колес с контроллером, сенсоров, контроллера сенсоров, блока человеко-машинного интерфейса, блока коммуникаций, сервисного устройства и системы управления, содержащейA method for controlling the movement of a mobile service robot, consisting of a mobile platform, wheel motors with a controller, sensors, a sensor controller, a human-machine interface unit, a communication unit, a service device and a control system containing компьютер, размещенный на упомянутой подвижной платформе робота и сконфигурированный для управления его движением с использованием:a computer placed on said mobile platform of the robot and configured to control its movement using: - программного модуля формирования статической карты помещения коммерческого объекта с разбиением на зоны и с указанием порядка сканирования зон,- a software module for generating a static map of the premises of a commercial facility with a division into zones and indicating the order of scanning zones, - программного модуля навигации,- navigation software module, - программного модуля обработки информации с лидаров и ультразвуковых датчиков,- software module for processing information from lidars and ultrasonic sensors, - программного модуля формирования маршрута движения,- software module for the formation of the route of movement, - программного модуля управления движением,- motion control software module, - модуля программного драйвера управления электродвигателями,- software driver control module for electric motors, - программного модуля предотвращения столкновений,- collision avoidance software module, включающий:including: - получение заданного маршрута от программного модуля формирования маршрута движения,- receiving a given route from the software module for generating a route, - получение признака «потенциальное столкновение» от программного модуля предотвращения столкновений,- receiving the sign "potential collision" from the collision avoidance software module, - установление начальной точки и целевой точки движения мобильного сервисного робота и- setting the starting point and target point of movement of the mobile service robot and - предварительное указание расположения препятствий на карте,- preliminary indication of the location of obstacles on the map, отличающийся тем, чтоcharacterized in that при обнаружении препятствия сенсорами в программном модуле обработки информации сенсоров формируют двухмерное облако точек препятствия, которое передают вместе с данными о размерах контура платформы мобильного сервисного робота в программный модуль обработки информации сенсоров, а затем эти данные передают в программный модуль предотвращения столкновений и далее - в программный модуль управления движением, в котором формируют задание линейной и угловой скоростей движения мобильного сервисного робота и передают их в модуль программного драйвера управления электродвигателями и в контроллеры электродвигателей колес.when an obstacle is detected by the sensors in the sensor information processing software module, a two-dimensional obstacle point cloud is formed, which is transmitted together with data on the dimensions of the mobile service robot platform contour to the sensor information processing software module, and then this data is transmitted to the collision avoidance software module and then to the software module. a motion control module in which the task of linear and angular speeds of movement of the mobile service robot is formed and transferred to the module of the software driver for controlling electric motors and to the controllers of electric motors of the wheels.
RU2021100630A 2021-01-14 2021-01-14 Method for building a route and controlling the movement of a mobile service robot in retail premises RU2769710C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021100630A RU2769710C1 (en) 2021-01-14 2021-01-14 Method for building a route and controlling the movement of a mobile service robot in retail premises

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021100630A RU2769710C1 (en) 2021-01-14 2021-01-14 Method for building a route and controlling the movement of a mobile service robot in retail premises

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2769710C1 true RU2769710C1 (en) 2022-04-05

Family

ID=81075912

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021100630A RU2769710C1 (en) 2021-01-14 2021-01-14 Method for building a route and controlling the movement of a mobile service robot in retail premises

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2769710C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118760195A (en) * 2024-09-03 2024-10-11 北京佳沃天河智能科技有限公司 Dynamic obstacle avoidance system and method for livestock house cleaning robot based on laser sensing
RU2831288C1 (en) * 2024-02-26 2024-12-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный университет" (ФГБОУ ВО "КнАГУ") Method of optimizing position of processed workpiece to reduce power consumption of industrial robot in machining process

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2305029C1 (en) * 2005-04-14 2007-08-27 ЭлДжи ЭЛЕКТРОНИКС ИНК. Wireless controlled cleaning robot and system for remote control of it
RU2450308C2 (en) * 2010-02-24 2012-05-10 Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Южный Федеральный Университет" Method of controlling movable object and apparatus for realising said method
US20140350725A1 (en) * 2012-01-25 2014-11-27 Adept Technology, Inc. Autonomous mobile robot for handling job assignments in a physical environment inhabited by stationary and non-stationary obstacles
RU154324U1 (en) * 2015-04-02 2015-08-20 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" DEVICE FOR POSITION AND CONTROL OF MOVEMENT OF MOBILE TECHNOLOGICAL MACHINES AND ROBOTS
WO2015167220A1 (en) * 2014-05-02 2015-11-05 한화테크윈 주식회사 Device for planning path of mobile robot and method for planning path of mobile robot
US20190094866A1 (en) * 2017-09-22 2019-03-28 Locus Robotics Corporation Dynamic window approach using optimal reciprocal collision avoidance cost-critic
CN109945873A (en) * 2019-04-04 2019-06-28 东南大学 A hybrid path planning method for motion control of indoor mobile robots

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2305029C1 (en) * 2005-04-14 2007-08-27 ЭлДжи ЭЛЕКТРОНИКС ИНК. Wireless controlled cleaning robot and system for remote control of it
RU2450308C2 (en) * 2010-02-24 2012-05-10 Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Южный Федеральный Университет" Method of controlling movable object and apparatus for realising said method
US20140350725A1 (en) * 2012-01-25 2014-11-27 Adept Technology, Inc. Autonomous mobile robot for handling job assignments in a physical environment inhabited by stationary and non-stationary obstacles
WO2015167220A1 (en) * 2014-05-02 2015-11-05 한화테크윈 주식회사 Device for planning path of mobile robot and method for planning path of mobile robot
RU154324U1 (en) * 2015-04-02 2015-08-20 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" DEVICE FOR POSITION AND CONTROL OF MOVEMENT OF MOBILE TECHNOLOGICAL MACHINES AND ROBOTS
US20190094866A1 (en) * 2017-09-22 2019-03-28 Locus Robotics Corporation Dynamic window approach using optimal reciprocal collision avoidance cost-critic
CN109945873A (en) * 2019-04-04 2019-06-28 东南大学 A hybrid path planning method for motion control of indoor mobile robots

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2831288C1 (en) * 2024-02-26 2024-12-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный университет" (ФГБОУ ВО "КнАГУ") Method of optimizing position of processed workpiece to reduce power consumption of industrial robot in machining process
CN118760195A (en) * 2024-09-03 2024-10-11 北京佳沃天河智能科技有限公司 Dynamic obstacle avoidance system and method for livestock house cleaning robot based on laser sensing

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112074383B (en) Robot navigation using 2D and 3D path planning
JP5112666B2 (en) Mobile device
US11898855B2 (en) Assistance control system that prioritizes route candidates based on unsuitable sections thereof
US9079307B2 (en) Autonomous locomotion apparatus, autonomous locomotion method, and program for autonomous locomotion apparatus
KR101133037B1 (en) Path updating method for collision avoidance of autonomous vehicle and the apparatus
JP2025536061A (en) Automatic mapping by mobile robots
EP2821876A2 (en) Route planning method, route planning unit, and autonomous mobile device
JP2025507391A (en) Method and system for conditional action of autonomous agents - Patents.com
CN108475059A (en) Autonomous vision guided navigation
JP5800613B2 (en) Position / posture estimation system for moving objects
JP7256812B2 (en) How to Realize a Dynamic Cost Function for Autonomous Vehicles
JP6094279B2 (en) TRACKING DEVICE, TRACKING PROGRAM, AND TRACKING METHOD
CN111693050A (en) Indoor medium and large robot navigation method based on building information model
RU2740229C1 (en) Method of localizing and constructing navigation maps of mobile service robot
CN113110497A (en) Navigation path-based edge obstacle-detouring path selection method, chip and robot
JP2016110576A (en) Self position estimation device and mobile body with self position estimation device
CN117111617A (en) Robot path planning method and system considering collision uncertainty in sensing blind area
JP2022042619A (en) Information processing apparatus, information processing method, and program
JP2009223757A (en) Autonomous mobile body, control system, and self-position estimation method
RU2769710C1 (en) Method for building a route and controlling the movement of a mobile service robot in retail premises
Francis et al. Real-time path planning module for autonomous vehicles in cluttered environment using a 3D camera
CN118533165A (en) An autonomous navigation method for mobile inspection robots based on narrow space perception
Geladaris et al. Real-time local map generation and collision-free trajectory planning for autonomous vehicles in dynamic environments
WO2023189721A1 (en) Information processing device, information processing method, and information processing program
Negishi et al. Adaptive robot speed control by considering map and localization uncertainty