[發(fā)明專利]一種基于改進的VFH算法的定位與避障方法及機器人

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410164027.4
• 申請日: 2014-04-22
• 公開（公告）號: CN103926925A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔡則蘇;王丙祥;王玲
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇久祥汽車電器集團有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于改進的VFH算法的定位與避障方法,其特征在于，包括以下步驟：

環(huán)境障礙檢測，利用激光測距器對周圍環(huán)境進行掃描，并對機器人進行定位；

環(huán)境信息柵格，采用向量映射法建立環(huán)境柵格地圖；

柵格障礙加權(quán)，賦予每個柵格內(nèi)的點不同的權(quán)重；

活動窗口分區(qū)，通過活動窗口對向量化后的柵格進行分區(qū)；

計算獲取最近距離向量極坐標直方圖；

建立避障區(qū)和自由行走區(qū)；

若存在自由行走區(qū)，則控制機器人向后選取方向運動。

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對機器人進行定位包括以下步驟：

1)預(yù)處理步驟，將當前的掃描數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，濾掉噪聲點；

2)預(yù)匹配步驟，將當前的掃描數(shù)據(jù)與預(yù)存的掃描數(shù)據(jù)進行預(yù)匹配，當前的掃描數(shù)據(jù)與預(yù)存的掃描數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)集之間的估計匹配值由里程計給出；

3)選擇步驟，從每個掃描數(shù)據(jù)集中選取若干個匹配點；

4)點的匹配步驟，將當前的掃描數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)集中選擇的點與預(yù)存的掃描數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)集中選擇的點進行匹配，形成若干對應(yīng)點對；

5)加權(quán)步驟，賦給每個對應(yīng)點對一個權(quán)重；

6)剔除步驟，將掃描數(shù)據(jù)集中那些從當前機器人位置無法看到的點剔除，并通過預(yù)先定義的閾值來剔除出格點；

7)誤差度量計算步驟：采用從一個掃描數(shù)據(jù)集中的點到另一個掃描集合中的點之間的最小距離的平方和作為誤差度量計算，并通過掃描匹配算法進行匹配；

8)確定坐標步驟：根據(jù)掃描匹配算法的結(jié)果判斷機器人所處的位置。

3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述柵格障礙加權(quán)主要包括：

每個柵格中都包含一個概率值，所述概率值體現(xiàn)在該柵格中存在障礙物的可信度，可信度值越高，表示此處存在障礙物的可能性就越大。

4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述活動窗口分區(qū)是根據(jù)機器人與環(huán)境地圖中障礙物之間的關(guān)系，基于機器人的實際大小，對障礙物進行膨脹，建立障礙點集，通過相鄰障礙物的融合形成了障礙邊界集。

5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，控制機器人向后選取方向運動若存在候選區(qū)，則控制機器人向后選取方向運動定義兩個閾值獲得二元極坐標直方圖，并在二元極坐標直方圖基礎(chǔ)上建立遮擋極坐標直方圖，最后根據(jù)遮擋極坐標直方圖及代價函數(shù)來選擇最佳的運動方向角，避開障礙物，駛向目標點。

6.一種采用權(quán)利要求1所述方法進行定位的機器人，所述機器人包括一感知系統(tǒng)、核心控制模塊、人機交互系統(tǒng)、電機驅(qū)動系統(tǒng)，所述核心控制模塊對機器人內(nèi)部各單元進行控制，并根據(jù)感知系統(tǒng)反饋的信息，以及外界獲得交互信號控制電機驅(qū)動系統(tǒng)，以控制機器人的移動。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的機器人，其特征在于，所述機器人還包括激光測距模塊，以及環(huán)境感知模塊、語音采集模塊、視頻采集模塊、超聲波測距模塊、里程計信息模塊中的一個或多個模塊；感知系統(tǒng)接收所述一個或多個模塊的信號。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的機器人，其特征在于，所述機器人根據(jù)需要，還可以設(shè)置有障礙物檢測模塊、避障路徑規(guī)劃模塊。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的機器人，其特征在于，所述機器人通過人機交互系統(tǒng)對機器人可以設(shè)置機器人的工作模式，所述模式包括跟隨模式，巡邏模式和異常行為處理模式。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的機器人，其特征在于，其中所述電機驅(qū)動系統(tǒng)包括底盤控制器、電機驅(qū)動器，并裝有移動所需的電池模塊、自主充電功能模塊、輪子；其中，所述輪子為2個驅(qū)動輪和1個萬向輪，核心控制模塊通過串口向底盤控制器發(fā)送控制命令，控制電機驅(qū)動器進行相應(yīng)動作，并對障礙信號進行處理。