[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

技術領域

本發明涉及自動控制領域，特別涉及一種非360°探測機器人(探測范圍 在≥180°～＜360°)的定目標導航方法。

背景技術

機器人在未知環境中避開障礙物到達指定目的地通常采用Bug及其衍 生算法，它們要求機器人具有360°障礙檢測范圍的能力、假設機器人無物理 尺寸、而且機器人能貼著障礙物邊緣繞行，是對具有360°障礙檢測范圍的能 力且無物理尺寸機器人避障導航的一種理論指導算法。Bug類算法的核心是 機器人具有貼著障礙物邊緣繞行的能力，包括接觸點、分離點的確定，繞行 的實現等。目前，Bug類算法實現在未知環境中繞行障礙物邊緣到達指定目 的地的方法主要有如下幾種：(1)機器人跟蹤墻壁的方法，即控制機器人在 移動過程中與墻面保持恒定距離，這種方法雖然不要求機器人具有360°探測 范圍，但不適用于障礙物邊緣輪廓突變等復雜情況。(2)基于瞬時目標 (Instant?Goal)方法，即在每個采樣點均根據測距傳感器信息建立一個瞬時 目標點，機器人跟蹤這一系列瞬時目標點最終實現定點導航，但是這種方法 要求機器人具有360°障礙檢測范圍且能區分遇到的障礙物邊緣是屬于新的 障礙物或已遇障礙物。(3)分目標(Subgoal)方法，該方法假定障礙物都 是多邊形，在這些多邊形的定點周圍建立分目標點，通過這些分目標點實現 無碰撞定目標導航，但是這種方法要求障礙物的形狀必需為幾何多邊形，而 通常情況下難以滿足此要求，因而限制了其應用。還有的研究使用機械結構 讓測距傳感器運動來擴大探測范圍(例如讓聲納傳感器旋轉來提升掃描范 圍)，缺點是要求機械裝置精度高，由于空間或者成本限制，該方法并不是經 濟可行的。

現有方法均不適用于非360°檢測范圍(即探測范圍在≥180°～＜360°)且 具有物理尺寸的機器人，所以研究此類機器人在未知環境下定目標點導航的 控制方法具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中存在的缺點，提供一種精度高、定位 準確、可以在未知環境下定目標點避障導航的非360°探測機器人的定目標導 航方法。

本發明的目的通過下述技術方案實現：

一種非360°探測機器人的定目標導航方法，包括下述步驟：(1)通過機 器人定位系統得到任意時刻機器人的位置；(2)根據機器人上的測距傳感器 (探測范圍在≥180°～＜360°)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；(3)根據不同的障礙物分布信息， 機器人選擇純直線或純轉向行走兩種方式，即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。

步驟1中，所述機器人定位系統為現有常用的定位系統，由GPS、車輪 編碼器(Odometry)或者慣性定位傳感器組成，用于實時測定機器人當前位 置。

步驟2中，所述測距傳感器的探測范圍在≥180°～＜360°，可以采用探測 范圍為180°的單個測距儀(如LMS-200型激光測距儀)，也可以采用由多個 測距傳感器(如聲納傳感器)組成的探測范圍為180的半環形測距傳感器組。

步驟2中，本發明將所述機器人前方特定區域定義為“機器人虛擬觸角”。 機器人虛擬觸角是指相對于機器人車體定義的特定形狀的區域，它們位于車 載測距傳感器探測范圍內。機器人虛擬觸角的作用是利用測距傳感器輸入的 實時環境信息數據，判斷是否有障礙物位于這些區域，若無，則表示該觸角 未探測到障礙物；若有，則找出障礙物上最接近機器人的位置，從而實現類 似動物觸角的功能。機器人虛擬觸角可快速利用測距傳感器的大量實時數據， 而且還具有記憶功能，能記住任意一段純直線行走過程中已無碰撞行走的距 離。

機器人虛擬觸角的具體設計如下：