[發明專利]一種適用于全向輪移動機器人的人工勢場避障方法

在審

• 申請號: 201810550180.9
• 申請日: 2018-05-31
• 公開（公告）號: CN108614561A
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發明（設計）人: 孫棣華;廖孝勇;趙敏;何明洲
• 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

本發明公開了一種適用于全向輪移動機器人的人工勢場避障方法，包括：步驟1.獲取移動機器人的初始位置，最終目標位置；步驟2.對激光雷達環境數據進行聚類，并用最小二乘法完成局部環境建模；步驟3.獲取移動機器人的當前時刻位置以及激光雷達掃描范圍內的局部目標點；步驟4.結合模糊控制，建立模糊規則庫，選擇行進方式，并根據力的大小和偏轉度量化移動機器人的速度；步驟5.控制機器人行走；步驟6.檢測移動機器人是否到達最終目標點，如否，則返回步驟2循環執行；如果是則結束行進過程。本發明實現了全向輪移動機器人能夠自適應的選擇自身行進方式，針對不同障礙物采取不同的通過路徑，充分發揮了全向輪的優勢，大大提高了機器人的障礙通過能力。

技術領域

本發明涉及交通信息技術領域，具體涉及一種適用于全向輪移動機器人的人工勢場避障方法。

背景技術

在大力發展智能自動化的今天，移動機器人正引領著這場科技革命。移動機器人不僅能夠承擔搬運任務，提高作業效率，在監測、應急方面也有其獨特的優勢。隨著移動機器人技術的不斷革新，在農業、工業、國防業等都有著廣泛的應用。

路徑規劃技術是移動機器人關鍵技術之一，根據對環境信息已知或未知，可以分為離線路徑規劃和在線路徑規劃。前者路徑較優，后者實時性強，有較強的應變能力。本發明屬于環境未知的在線實時路徑規劃。

近年來路徑規劃技術不斷地發展，主要的路徑規劃方法有人工勢場法、神經網絡算法、遺傳算法、模擬退火算法、粒子群算法、蟻群算法等。其中人工勢場法因其高效率優勢應用廣泛。它的基本思想是根據引力場的思想，目標點對移動機器人產生“引力”，障礙物對移動機器人產生“斥力”，將機器人在周圍環境中的運動，根據場景特點以及運動特性，抽象成一種人造引力場中的運動，最后通過求合力來實現移動機器人的運動規劃與控制。專利CN107161143A在人工勢場法的基礎上，提出加入虛擬斥力的方法，解決了傳感器盲區和避障過程中二次碰撞的問題；專利CN104317291A優化了人工勢場法的斥力值計算方法，解決了復雜形狀機器人在路徑規劃時考慮其外輪廓的問題；專利CN105629974A在人工勢場法中改進了引力勢函數，提出了時間虛擬驅動力，解決了人工勢場法典型的陷入局部極小點的問題。

但是，以上各路徑規劃算法都未針對性地考慮全向輪移動機器人其運動方式的特殊性。全方位移動機構因不存在非完整性約束，可向任意方向做直線運動而不需要事先做旋轉運動，在執行直線運動的同時能執行旋轉運動，甚至能完成原地旋轉，具有運動靈活、自由控制的優點。較普通輪式移動機器人，全方位移動機器人的移動過程更為復雜，點對點的運動就具有多種移動方式，上述路徑規劃方法不能實現對全向輪移動機器人移動路徑的最優規劃，不能發揮全向輪的優勢，所以急需一種高效率、高實時性、通過能力強，適用于全方位移動機器人的避障方法。

發明內容

有鑒于此，為了解決上述問題，本發明提供一種適用于全向輪移動機器人的人工勢場避障方法。

7.為實現上述目的及其他目的，本發明提供一種適用于全向輪移動機器人的人工勢場避障方法，該方法包括以下步驟：

步驟1.獲取移動機器人的初始位置最終目標位置其中，x為橫向坐標，y為縱向坐標，為移動機器人正方向與橫坐標夾角；

步驟2.采用激光雷達獲取環境數據，對激光雷達環境數據進行聚類，并用最小二乘法完成局部環境建模；

步驟3.獲取移動機器人的當前時刻位置(x',y',φ')以及激光雷達掃描范圍內的局部目標點(X',Y')；

步驟4.將車體按左前、右前、左后、右后進行分割并分別建立人工勢場模型，結合模糊控制，建立模糊規則庫，選擇行進方式，并根據力的大小和偏轉度量化移動機器人的速度v_x,v_y,w；

步驟5.根據所選擇行進方式以及速度，控制機器人行走；