[發明專利]一種三維避障的室內機器人導航方法和系統

有效

• 申請號: 201710186301.1
• 申請日: 2017-03-24
• 公開（公告）號: CN106949893B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 陶文兵;鄭龍玉;熊雄
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智;曹葆青

本發明公開了一種三維避障的室內機器人導航方法和系統，其中方法的實現包括：采集機器人的三維模型、初始位置和終點位置，全局三維地圖并進行全局路徑規劃，生成一系列全局路徑點，在每一全局路徑點處進行三維障礙物碰撞檢測，得到最優的全局路徑規劃；機器人按最優的全局路徑規劃行進，在行進過程中對下一全局路徑點進行三維障礙物碰撞檢測，若會發生碰撞，則以實時三維地圖為全局三維地圖，以實時位置為初始位置重新進行全局路徑規劃，若不會發生碰撞，則繼續行進直至達到終點位置，實現了機器人的自主導航與三維避障。本發明在擁擠的室內環境下也能順利求解出可行的機器人路徑，完成了機器人從初始位置到終點位置的自主導航和三維避障任務。

技術領域

本發明屬于計算機視覺領域，更具體地，涉及一種三維避障的室內機器人導航方法和系統。

背景技術

近年來，室內移動機器人因其廣泛的用途受到研究者們越來越多的關注。室內移動機器人是一個環境感知、動態決策與規劃、行為控制與執行等多種功能于一體的綜合系統。在移動機器人導航過程中關鍵的一個問題是能否實時完成動態避障進而全局導航任務。目前比較流行的避障方法是利用激光雷達或者慣性測量原件與視覺傳感器結合來完成這一任務，但是所需成本較高。隨著相機的普及與計算機視覺理論的發展，使用基于純視覺的方法來完成這一任務成為主流的研究方向。

傳統的機器人導航中針對動態障礙物有三種主要的處理方法，一種是使用人工勢場法，該方法假設環境中存在的障礙物對物體存在斥力，模仿力學方程求解出可行的無碰撞路徑，但該方法一般在二維地圖中使用。第二種方法是使用距離傳感器，當檢測到有障礙物出現時根據距離傳感器的反饋控制機器人做出動作規避障礙物，然后檢測當前路徑相對于規劃路徑的偏移并校正。第三種方法則是使用一種動態的路徑規劃算法，該算法在每個時刻都根據當前環境和最新地圖進行路徑規劃。對于我們的方法來說，第一種方法不適用于三維情況，第二種方法則需要附加的傳感器，第三種方法計算資源消耗較大。且以上三種方法都不能對三維空間的碰撞進行檢測，在擁擠的室內環境下很難成功進行導航。

一般首先使用靜態地圖進行路徑檢索并選取合適路徑進行規劃，但由于場景中可能存在移動的物體導致機器人需要進行動態避障的處理，

目前，機器人導航避障技術已引起機器人研究領域的廣泛關注，成為移動機器人研究熱點之一。但是由于室內場景越來越復雜導致在場景中很容易出現實時的障礙物，但是由于機器人計算資源的限制，使得機器人難以在導航的同時直接處理實時的障礙物，同時由于機器人需要隨時處理出現的動態障礙物，在障礙物出現數量較多的時候難以保證信息獲取的準確性。因此解決動態的機器人導航避障問題必須同時平衡導航的策略與障礙物檢測。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種三維避障的室內機器人導航方法和系統，其目的在于使得機器人即使在擁擠的室內條件下也能順利規劃出可行路徑，并隨著實時更新的實時三維地圖進行動態避障，該方法在無人駕駛、室內定位導航等領域有廣泛的應用前景。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種三維避障的室內機器人導航方法，包括：

(1)采集機器人的三維模型、機器人行進的初始位置和終點位置，以及包含初始位置和終點位置的全局三維地圖；

(2)根據初始位置、終點位置和全局三維地圖進行全局路徑規劃，生成一系列全局路徑點，在每一全局路徑點處進行三維障礙物碰撞檢測，若不會發生碰撞，則得到最優的全局路徑規劃，若會發生碰撞，則根據初始位置、終點位置和全局三維地圖重新進行全局路徑規劃直至避開障礙物，得到最優的全局路徑規劃；

(3)機器人按照最優的全局路徑規劃行進，采集機器人的實時位置，拍攝包含實時位置和下一全局路徑點的局部三維地圖，利用局部三維地圖更新全局三維地圖得到實時三維地圖；