(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211005157.4 (22)申请日 2022.08.22 (71)申请人 北京科技大 学 地址 100083 北京市海淀区学院路3 0号 申请人 北京航天 飞行控制中心 (72)发明人 张浩杰　梁荣敏　刘传凯　张作宇　 (74)专利代理 机构 北京市广友专利事务所有限 责任公司 1 1237 专利代理师 张仲波 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/16(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种非平坦地形下的机器人运动基元库构 建方法及装置 (57)摘要 本发明公开了一种非平坦地形下的机器人 运动基元库构建方法及装置， 涉及机器人路径规 划技术领域。 包括： 获取机器人的参数； 将参数输 入到构建好的非平坦地形运动基元库构建模型； 根据参数以及非平坦地形运动基元库构建模型， 得到非平 坦地形下的机器人运动基元库。 本发明 提供一种应用于非平坦地形下的机器人运动基 元库构建方法， 本发明生 成在机器人容许爬坡角 度范围内不同坡度下满足其运动学约束的运动 基元， 从而构建适用于非平坦地形下路径规划的 运动基元库。 本发明计算过程简单， 可适用于差 速转向、 阿克曼转向和全向转向驱动的地面移动 机器人。 权利要求书2页 说明书12页 附图5页 CN 115495882 A 2022.12.20 CN 115495882 A 1.一种非平坦 地形下的机器人运动基元库构建方法， 其特 征在于， 所述方法包括： S1、 获取机器人的参数； S2、 将所述 参数输入到构建好的非平坦 地形运动基元库构建模型； S3、 根据所述参数以及非平坦地形运动基元库构建模型， 得到非平坦地形下的机器人 运动基元库。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述S3 中的根据 所述参数以及非平坦地形 运动基元库构建模型， 得到非平坦 地形下的机器人运动基元库包括： S31、 根据所述机器人的参数， 计算得到 机器人的爬坡角度范围； S32、 获取平坦 地形下运动基元的构建方法； S33、 根据 所述爬坡角度 范围以及平坦地形下运动 基元的构建方法， 构建多个爬坡角度 下的非平坦 地形运动基元， 进 而得到非平坦 地形下的机器人运动基元库。 3.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 所述S31中的根据所述机器人的参数， 计算 得到机器人的爬坡角度范围包括： S311、 根据机器人的质量以及机器人轮子与地面之间的滚动阻力系数， 计算机器人的 最大驱动力， 进 而得到机器人的最大爬坡角度； S312、 根据机器人轮子与地 面之间的滚动阻力系数， 得到 机器人的最小爬坡角度； S313、 根据所述 最大爬坡角度以及最小爬坡角度， 得到 机器人的爬坡角度范围。 4.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 所述S32中的平坦地形下运动基元的构建 方法包括： S321、 给定机器人的初始状态量以及终点状态量， 以曲率能量函数作为优化目标， 构建 平坦地形下运动基元生成问题模型； S322、 根据直接配点法以及所述平坦地形下运动基元生成问题模型， 得到直接配点法 形式的运动基元生成问题模型； S323、 对所述直接配点法形式的运动基元生成问题模型进行求解， 得到平坦地形下的 运动基元。 5.根据权利要求4所述的方法， 其特征在于， 所述S323中对所述直接配点法形式的运动 基元生成问题模型进行求 解， 得到平坦 地形下的运动基元包括： 采用数值求解工具库CasADi对所述直接配点法形式的运动基元生成问题模型进行求 解， 得到满足插值约束、 配点约束以及不等式约束的弧长曲率函数， 进而得到平坦地形下的 运动基元。 6.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 所述S33中的根据所述爬坡角度范围以及 平坦地形下运动基元 的构建方法， 构建多个爬坡角度下 的非平坦地形运动基元， 进而得到 非平坦地形下的机器人运动基元库包括： S331、 根据所述爬坡角度范围以及机器人爬坡角度离 散化分辨 率， 得到多个爬坡角度； S332、 根据所述多个爬坡角度以及平坦地形下运动基元的构建方法， 得到多个爬坡角 度下的非平坦 地形运动基元； S333、 根据所述多个爬坡角度下的非平坦 地形运动基元， 得到非平坦 地形运动基元库。 7.根据权利要求6所述的方法， 其特征在于， 所述S332中的根据 所述多个爬坡角度以及 平坦地形下运动基元的构建方法， 得到多个爬坡角度下的非平坦 地形运动基元包括：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115495882 A 2S3321、 获取当终点状态量为以机器人初始位置为圆心、 半径为r的圆周上的多个离散 航向点时， 平坦 地形下的多个运动基元； S3322、 获取所述平坦地形下的多个运动 基元中任一运动 基元， 分别在多个爬坡角度下 对所述运动基元上的任一状态点进行矩阵变换， 得到所述状态点在多个爬坡角度下对应的 状态点； S3323、 根据所述状态点在多个爬坡角度下对应的状态点， 得到多个爬坡角度下的非平 坦地形运动基元。 8.根据权利要求7所述的方法， 其特征在于， 所述S3322中的对所述运动基元上的任一 状态点进行矩阵变换包括： S33221、 获取机器人坐标系以及预设参 考坐标系； S33222、 根据所述机器人坐标系以及参 考坐标系， 得到坐标系变换矩阵； S33223、 根据所述 坐标系变换矩阵， 对所述 运动基元 上的任一状态点进行矩阵变换。 9.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述S1中的机器人包括差速转向机器人、 阿克曼转向机器人以及全向转向驱动的机器人。 10.一种非平坦 地形下的机器人运动基元库构建装置， 其特 征在于， 所述装置包括： 获取模块， 用于获取机器人的参数； 输入模块， 用于将所述 参数输入到构建好的非平坦 地形运动基元库构建模型； 输出模块， 用于根据所述参数以及非平坦地形运动基元库构建模型， 得到非平坦地形 下的机器人运动基元库。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115495882 A 3