[發明專利]全向移動機器人通道內倒行導航方法

有效

• 申請號: 201710384809.2
• 申請日: 2017-05-26
• 公開（公告）號: CN107065887B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 孫棣華;趙敏;程森林;秦浩
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 武君

1.一種全向移動機器人通道內倒行導航方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1：控制機器人在通道內完成向前行進，根據編碼器估算機器人當前的位置信息；

步驟2：將機器人行進過程中激光雷達獲取到的實時數據生成為局部地圖；

步驟3：根據小車實時位置以及獲取實時局部地圖，拼接局部地圖，獲得通道完整的全局地圖；

步驟4：根據生成的全局地圖，使用最小二乘法擬合通道兩邊邊線，通過計算得到適合小車行進的軌跡線；

步驟5：機器人開始倒行，激光雷達采集實時數據生成局部地圖，將局部地圖與全局地圖進行匹配，獲取小車的當前位置信息；

步驟6：根據機器人當前位置信息與軌跡線之間的偏差進行位姿調整，保持機器人跟隨軌跡線；

所述步驟1中，記機器人幾何中心到車輪的橫向距離為a，縱向距離為b，機器人當前幾何中心速度為v_m，則得到小車逆向運動學模型：

其中，w為機器人當前角速度；v_w1、v_w2、v_w3、v_w4分別為機器人四個輪子的線速度；v_mx、v_mu分別為機器人幾何中心速度v_m在橫向方向和縱向方向的速度分量；

根據逆向運動模型以及編碼器數據計算機器人當前在水平方向和豎直方向的速度以及旋轉速度，并通過積分得到當前位置信息：

機器人當前位置信息即為(x_m,y_m,w_m)；

其中，v_mxt為機器人當前在水平方向上的速度；v_myt為機器人當前在豎直方向上的速度；w_mt為機器人當前的旋轉速度。

2.根據權利要求1所述的全向移動機器人通道內倒行導航方法，其特征在于：所述步驟2中，生成局部地圖的方法如下：

步驟21：獲取每個點是否存在障礙物：

計算局部地圖上的點與激光雷達的距離和角度信息，并根據角度信息來計算對應的激光雷達探測該方位的激光束，根據激光束所探測的距離與地圖上的距離做比較來判斷該點是否存在障礙物；

步驟22：更新局部地圖；

對于局部地圖上的每個點，計算其是否存在障礙物。

3.根據權利要求1所述的全向移動機器人通道內倒行導航方法，其特征在于：所述步驟3中，將局部地圖上的每個點，結合激光雷達當前位置信息變換到全局地圖上，并更新全局地圖信息。

4.根據權利要求1所述的全向移動機器人通道內倒行導航方法，其特征在于：所述步驟4中，將地圖上標記為被占用的點分為左右兩組，左右兩組標記為被占用的點分別為通道的左邊線和右邊線，分別對兩組標記為被占用的點的數據使用最小二乘法進行擬合；并取分別距左邊線和右邊線等距的點連成線，得到適合機器人行進的軌跡線。

5.根據權利要求1所述的全向移動機器人通道內倒行導航方法，其特征在于：所述步驟5中，局部地圖與全局地圖的匹配方法如下：

根據機器人編碼器信息估計小車當前幾何中心位置為(x_m,y_m,w_m)，即得到激光雷達的位置為(x_i,y_i,w_i)；

由于機器人實際位置與估計位置之間可能存在一定偏差，并記機器人實際偏角與估計偏角之間的偏差為σ，定義匹配度如下：

p＝П(1-(g_cicj-m_ij))

其中，g_cicj表示全局地圖上對應局部地圖上的點存在障礙物的概率，m_ij表示局部地圖上的點存在障礙物的概率；

結合小車當前可能存在的位置以及偏角，分別對局部地圖進行旋轉變換，得到對應的匹配度，取匹配度最高的情況，即為機器人當前的位姿，并根據激光雷達和小車幾何中心的位置關系，得到小車幾何中心的位置。