[發明專利]一種基于激光測距的機器人自主尋路方法

有效

• 申請號: 201410525129.4
• 申請日: 2014-10-08
• 公開（公告）號: CN104375505B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 杜煜;閆應偉;楊青;潘峰
• 申請（專利權）人: 北京聯合大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 紀佳

1.一種基于激光測距的機器人自主尋路方法，其特征在于：

其采用如下技術方案：

1)建立以機器人幾何中心為極點的極坐標系；2)根據機器人半徑R和安全距離D，將障礙物進行膨脹；3)自適應的閾值設定、扇區劃分和速度調整。

2.根據權利要求1所述的一種基于激光測距的機器人自主尋路方法，其特征在于：具體技術方案如下：

1)建立以機器人幾何中心為極點的極坐標系，以垂直機器人航向角向右方向為0度，角度按逆時針順序變大至180度；機器人瞬時運動空間為從0度到180度范圍內，半徑為激光測距的最大探測距離；

2)將機器人瞬時運動空間按一定角度分辨率a劃分為N個扇區，除邊緣兩個扇區外，其他每個扇區大小相同，角度分辨率a與扇區數量N的關系如式(1)所示；為了保證機器人瞬時運動空間中有一個扇區的中心方向為機器人航向，每種扇區劃分策略中，第一個扇區和最后一個扇區所覆蓋角度為其他扇區覆蓋角度的一半，即為a/2；

N＝180/a+1????(1)

3)角度分辨率a在機器人運動過程中進行自適應調整；機器人移動速度v(t)對應剎停距離S，T₁為駕駛員反應時間，μ為設濕滑路面附著系數，g為重力加速度，保證2·arctan(a/2)·S>R，當機器人的速度增大時，剎停距離S增大，角度分辨率a要相應地減小；

4)根據機器人半徑R和安全距離D將障礙物進行膨脹；將障礙點膨脹為以障礙點為圓心，半徑為R+D的圓形區域，障礙點影響范圍為從極點出發的膨脹圓的兩條切線之間區域；對障礙物膨脹是為了彌補將機器人視為一個節點處理帶來的問題；將機器人視為一個節點處理，模型簡單，計算方便；機器人若非規則的，其半徑R按最大半徑處理；

5)計算每個扇區的阻值；通過比較一個扇區內所有障礙物點到機器人幾何中心的距離，選擇距離最近的一個障礙物點；根據距離最近的一個障礙物點，計算該障礙點的阻值作為所在扇區的阻值，該扇區內其他障礙物的阻值可忽略，如式(2)所示；m_i為扇區阻值，為扇區最近障礙點距離的平方，b為一個常量，其大小由激光測距探測范圍L決定，b＝L²；

mi=b/bi2---(2)]]>

6)根據機器人當前移動速度v(t)對應的剎停距離式中，S為剎車距離，v(t)為當前移動速度，T₁為駕駛員反應時間，μ為設濕滑路面附著系數，g為重力加速度，自適應地設定閾值T，使以判斷可行駛扇區；自適應閾值可以避免找不到可行駛區域或與障礙物碰撞的問題，確保機器人安全行駛；

7)根據所有扇區的情況，在多個可行駛扇區集中，選擇最大的可行駛區域，以其中心方向作為下一時刻方向θ(t+1)，t為當前時刻；選擇最大的可行駛區域是為了保證機器人行駛安全和避免行駛到不通的道路；

8)根據閾值T的大小和障礙物分布情況，調整機器人行駛速度；在轉大角度、可行區域比較狹窄和閾值較小時，降低機器人速度，如式(3)所示；c為常量，T為當前閾值，α為最大可行駛區域覆蓋角度，v(t+1)下一時刻機器人行駛速度，θ(t+n)為t+n時刻的預處理角度方向盤轉角，t為當前時刻，t+n為n個控制周期之后時刻(n可取1、2、3、4...)，n越大，速度控制越精確，耗時越大；m_i為當前方向盤轉角對應扇區的阻值；初始速度v(0)＝0；

v(t+1)=c·T·αθ(t+n)·mi---(3)]]>

9)扇區數量N的取值可以為361、181、121、91、61，對應的a的角度為0.5、1、1.5、2、3；角度分辨率越小，計算越精確，計算量也相應增加；角度分辨率越大，計算越粗略，計算量也相應減小。