[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

技術領域：

本發明涉及一種機器人的尋路技術，尤其是一種基于激光測距引導機器人在障礙物空間中尋找可行駛路徑的方法。

背景技術：

近些年來，智能車等機器人成為研究熱點。激光測距被廣泛應用于機器人路徑規劃系統。激光測距具有很多其他傳感器不可比擬優點，精度高，分辨率高，探測距離遠，視野寬廣和穩定性好，工作性能不受光照條件影響，具有良好的環境識別能力。

專利“一種基于激光測距儀的移動機器人避障方法(CN102541057A)”提供一種避障方法。該方法建立機器人坐標系，以機器人當前位置為圓心，在坐標原點模擬激光發射N條射線作為機器人運動的候選方向；激光信息分組，在每組中選擇障礙點將障礙點映射到機器人坐標系中；將機器人膨化成半徑為R的圓，通過一個障礙點做圓的兩條切線，通過切線與X軸的夾角求得機器人對于該障礙點可通過的候選方向范圍，得到機器人可通過的可行方向；定義代價函數評價各個可行方向，以選擇機器人下一周期運動的最佳方向；采用速度控制策略給出機器人線速度和角速度。

專利“一種基于最近距離向量場直方圖的避障路徑規劃方法(CN103455034A)”，提供一種基于最近距離向量場直方圖的避障路徑規劃方法，其首先將機器人當前掃描范圍均分為n個扇區，若第k個扇區內的障礙物距離機器人中心點的最近距離向量為NDV_k，獲取|NDV_k-1-NDV_k|與機器人直徑比較，根據比較結果得到機器人當前位置的局部環境中障礙物個數。接著設定最小避障閾值n_s，若NDV_k≥n_s，則扇區k的角度范圍為避障區間，否則為自由行走區間。最后確定瞬時目標點的搜索范圍，并在所述搜索范圍中獲取瞬時目標點，機器人運動到達所述瞬時目標點后，確定新的瞬時目標點并向新的瞬時目標點運動，直至到達終點。

上述的兩個專利中，“一種基于激光測距儀的移動機器人避障方法(CN102541057A)”容易忽略一些可行駛方向，在障礙物密集型環境中甚至可能找不到可行駛方向，發生這種現象的原因是存在障礙物的方向即為不可行方向，未考慮距離與速度因素，通過障礙物點候選方向的交集確定可行駛方向，導致一些可行駛方向被忽略；而專利“一種基于最近距離向量場直方圖的避障路徑規劃方法(CN103455034A)”確定目標點需依賴其它傳感器，而且可能會產生不理想的瞬時目標點，導致無法到達目標點，其不可能僅依靠單傳感器完成避障路徑規劃，激光傳感器無法檢測障礙物的完整輪廓，對目標點識別能力不強。

發明內容

為了克服已有方法在障礙物密集環境找不到可行駛方向和可能會產生不理想瞬時目標點的問題，本發明提供一種基于激光測距的機器人尋路方法，該方法不僅能通過自適應策略準確找到可行駛方向，而且根據機器人工作環境可以調整機器人行駛速度，避免在狹窄通道和障礙物距離較近時發生碰撞。

本發明采用如下技術方案：

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。

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。