[發明專利]一種非360°探測機器人的定目標導航方法

有效

• 申請號: 200910192447.2
• 申請日: 2009-09-17
• 公開（公告）號: CN101666649A
• 公開（公告）日: 2010-03-10
• 發明（設計）人: 羅錫文;趙祚喜;張智剛;周志艷;趙汝祺;吳曉鵬
• 申請（專利權）人: 華南農業大學
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00;G01S17/93;G01S15/93
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司
• 代理人: 李衛東

1.一種非360°探測機器人的定目標導航方法，是首先通過機器人定位系統得到任意時刻機器人的位置；然后實時測量障礙物環境信息；再選擇純直線或純轉向行走方式；其特征在于：在實時測量障礙物環境信息時，是根據機器人上的測距傳感器的測量數據，分析機器人前方特定區域內障礙物的有無和分布情況以及路徑歷史情況，是在機器人前方特定區域即測距傳感器的探測范圍內設置五個“虛擬觸角”來探測周圍環境障礙物分布特征，分別是位于前方的兩個半圓環形觸角Dsc_s與Dsc_b、左右兩側的狹長矩形觸角Bar_l與Bar_r、以及位于前方中間位置由矩形和半圓形組成的寬面積型觸角Rng。

2.根據權利要求1所述的非360°探測機器人的定目標導航方法，其特征在于：所述機器人定位系統由GPS、車輪編碼器或者慣性定位傳感器組成。

3.根據權利要求1所述的非360°探測機器人的定目標導航方法，其特征在于：所述虛擬觸角是機器人導航行走決策的依據：所述半圓環形觸角Dsc_s與Dsc_b用于障礙物邊緣繞行過程中避開轉向的實現；所述左右兩側的狹長矩形觸角Bar_l與Bar_r用于機器人每次直線行走時記錄無障礙行走距離；所述位于前方中間位置的Rng觸角用于檢測當前位置下傳感器探測范圍內可以無障礙物直線行走的距離。

4.根據權利要求1所述的非360°探測機器人的定目標導航方法，其特征在于：所述選擇純直線或純轉向行走方式，是機器人根據不同的障礙物分布信息，選擇正對目標點直線前進模式和遇到障礙物時繞行障礙物邊緣行走模式，實現在障礙物分布未知環境中定目標點無碰撞導航，具體是首先通過定位系統得到機器人的出發點、目標點的位置以及出發點和目標點的方向值；機器人從出發點開始沿著出發點和目標點的方向，先進行純直線行走，倘若沒有遇到障礙物，機器人一直沿著直線到達目標點；當機器人遇到障礙物后，機器人開始繞行障礙物邊緣的轉向行走，當脫離條件成立時，機器人結束上次障礙物邊緣繞行后再開始直線行走；機器人在行走過程中一直判斷是否遇到障礙物，遇到障礙物后繞行的相遇點和脫離點的條件然后執行相應的動作，直到機器人到達目標點。

5.根據權利要求4所述的非360°探測機器人的定目標導航方法，其?特征在于：所述相遇點是機器人朝向目標點直線行走過程中碰到障礙物的點，機器人由這一點開始繞行障礙物邊緣；所述脫離點是繞行障礙物邊緣的結束點。

6.根據權利要求1所述的非360°探測機器人的定目標導航方法，其特征在于：所述純直線行走，分為對準目標點的純直線行走和繞行障礙物邊緣過程中的純直線行走兩種方式：

(1)機器人使用虛擬觸角Rng測量當前可以自由行走的距離，對準目標點進行純直線行走，直到到達目標點后停止；或者當虛擬觸角Rng測量到障礙物，當障礙物出現在觸角Dsc_s與Dsc_b范圍內時，機器人確定與障礙物相遇時，停止直線行走；

(2)機器人繞行障礙物邊緣過程中的純直線行走：障礙物邊緣繞行按分段直線實現，分段直線由機器人的轉向位置和轉向角確定，在此分段直線行走過程中，觸角Dsc_s與Dsc_b一直在測量障礙物的位置，確定相遇點和脫離點，以及確定轉向動作：如果機器人位于上一次脫離點與上一次相遇點之間的連線上，表明機器人已繞障礙物一整圈，說明機器人不可能到達目標點，則機器人停止行走；當機器人走到本次相遇點與目標點間的線段時，則機器人停止純直線行走，進行對準轉向，對準目標點然后再直線行走。

7.根據權利要求1所述的非360°探測機器人的定目標導航方法，其特征在于：所述轉向行走，分為三種：接近轉向，即使機器人靠近障礙物邊緣；避開轉向，即使機器人遠離障礙物；對準轉向，即使機器人對準目標點：

(1)接近轉向：接近轉向的開始條件是：由觸角Dsc_b測得機器人無障礙地直線行走距離d小于R_b時，就要停下來進行接近轉向，所述R_b為半圓環形觸角Dsc_b的半徑長度；接近轉向的結束條件是滿足以下兩個條件之一：即轉動過程中對準了目標點而且該點處滿足脫離條件；或者本次已轉動角度達到設定的閾值；

(2)避開轉向：避開轉向的開始條件是：當繞行障礙物邊緣的直線段行走時遇到障礙物邊緣時，即當內半環形觸角Dsc_s探測到障礙物時，就開始避開轉向；避開轉向的結束條件是滿足以下兩個結束條件之一：其一是機器人對準目標點T，該點滿足脫離條件；其二是外半圓環觸角Dsc_b檢測不到障礙物，或者轉角θ已達180°但Dsc_b仍然檢測到有障礙物存在；

(3)對準轉向：是指在初始出發點、障礙物邊緣繞行脫離點、當機器人走到本次相遇點與目標點間的線段時對準目標點執行的轉向動作，轉動方?向按最小轉角原則來確定。?