[發(fā)明專利]一種保持全局路徑下機(jī)器人的中間規(guī)劃方法

有效

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• 申請日: 2018-12-27
• 公開（公告）號: CN109579848B
• 公開（公告）日: 2020-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 舒思然;羅賓漢;王毓麒;張珍妮;王夢媛;郭遲
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魯力

本發(fā)明涉及一種保持全局路徑下機(jī)器人的中間規(guī)劃方法。采用單鏡頭多盒檢測器(SSD)和核相關(guān)濾波器(KCF)跟蹤算法進(jìn)行工作路徑規(guī)劃，具體是巡邏機(jī)器人延全局規(guī)劃層規(guī)劃的巡邏路徑進(jìn)行巡邏，為了對周邊目標(biāo)進(jìn)行探測和跟蹤，會偏離巡邏路徑進(jìn)行巡邏，在返回到巡邏路徑之前所走的路徑包括兩個部分，包含遍歷路徑(也稱為工作路徑)和返回路徑，本發(fā)明利用ROS中間規(guī)劃層，在不偏離全局規(guī)劃路徑的情況下，可以在不增加成本的情況下更快速獲取語義信息，并規(guī)劃出與機(jī)器人行為一致的工作路徑，在工作路徑上對目標(biāo)對象進(jìn)行相關(guān)處理后還能返回巡邏路徑。能夠規(guī)劃出一條工作路徑滿足既不偏離全局路徑又能盡可能多逼近多個目標(biāo)的巡邏要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于人工智能機(jī)器人領(lǐng)域，尤其涉及一種保持全局路徑下的機(jī)器人目標(biāo)語義巡邏規(guī)劃方法。

背景技術(shù)

隨著人工智能機(jī)器人的發(fā)展，對機(jī)器人的需求也在不斷增多。機(jī)器人巡邏的基本功能是進(jìn)行路徑規(guī)劃。ROS的全局規(guī)劃和局部規(guī)劃功能已很成熟。全局規(guī)劃負(fù)責(zé)在已知地圖上進(jìn)行整體路徑規(guī)劃，局部規(guī)劃負(fù)責(zé)規(guī)劃具體行動路徑。目前，普通機(jī)器人在巡邏時遇到如行人或者汽車之類的障礙物時只能避障或繞行。無法快速獲取目標(biāo)語義，也無法規(guī)劃出實(shí)時識別跟蹤目標(biāo)對象的工作路徑，更不能在跟蹤處理后再次返回到巡邏路徑。不能滿足有效識別跟蹤目標(biāo)對象的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對普通機(jī)器人在遇到障礙物時只能避障和繞行等不足之處，提供一種在機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的全局規(guī)劃與局部規(guī)劃模塊之中建立的，用于機(jī)器人實(shí)時識別全局路徑附近目標(biāo)語義、逼近目標(biāo)且不偏離全局路徑的中間規(guī)劃方法。該方法使機(jī)器人在不偏離全局規(guī)劃路徑的條件下，基于單鏡頭多盒檢測器(SSD)和核相關(guān)濾波器(KCF)跟蹤算法并將兩者組合在嵌入式系統(tǒng)中，能夠獲取目標(biāo)語義，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)快速識別并標(biāo)記為特定點(diǎn)，通過A-star算法找到一條工作路徑，并能返回最初的巡邏路徑。當(dāng)全局路徑周邊出現(xiàn)多個目標(biāo)時，本方法可以根據(jù)連續(xù)多個目標(biāo)的位置與全局路徑的位置關(guān)系，進(jìn)行動態(tài)調(diào)整；當(dāng)個別目標(biāo)偏離全局路徑太遠(yuǎn)時，本方法會根據(jù)目標(biāo)位置和全局路徑的位置關(guān)系，放棄該目標(biāo)的巡邏，從而規(guī)劃處一條工作路徑以達(dá)到既不偏離全局路徑又能盡可能多接近多個目標(biāo)的巡邏效果。

本發(fā)明目的在于提出機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS中間規(guī)劃層，基于單鏡頭多盒檢測器(SSD)和核相關(guān)濾波器(KCF)跟蹤算法兩者融合，實(shí)現(xiàn)快速獲取目標(biāo)語義并標(biāo)記為特定點(diǎn)，根據(jù)特定點(diǎn)重新規(guī)劃不偏離全局路徑的工作路徑，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人實(shí)時識別跟蹤目標(biāo)對象。最后基于A-star算法得到返回路徑，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在識別跟蹤目標(biāo)對象后繼續(xù)返到全局規(guī)劃層給出的巡邏路徑上。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種保持全局路徑下機(jī)器人的中間規(guī)劃方法，其特征在于，采用單鏡頭多盒檢測器(SSD)和核相關(guān)濾波器(KCF)跟蹤算法進(jìn)行工作路徑規(guī)劃，具體是巡邏機(jī)器人延全局規(guī)劃層規(guī)劃的巡邏路徑進(jìn)行巡邏，為了對周邊目標(biāo)進(jìn)行探測和跟蹤，會偏離巡邏路徑進(jìn)行巡邏，在返回到巡邏路徑之前所走的路徑包括兩個部分，包含遍歷路徑(也稱為工作路徑)和返回路徑，并基于以下定義：

定義1：我們需要通過檢測器所發(fā)現(xiàn)的點(diǎn)被定義為特定點(diǎn)(SP)；

定義2：由全局規(guī)劃產(chǎn)生的或預(yù)設(shè)路徑被定義為巡邏路徑PR；

定義3：我們的中間規(guī)劃層生成的路徑分為兩個部分；遍歷所有特定點(diǎn)的路徑定義為遍歷路徑，返回到最初巡邏路徑的路徑被定義為返回路徑；

定義4：遍歷路徑的終點(diǎn)被定義為末尾特定點(diǎn)(LSP)；

定義5：假設(shè)巡邏路徑具有磁性，特定點(diǎn)是小鐵球，在巡邏路徑上，特定點(diǎn)最快降落所在點(diǎn)被定義為降落點(diǎn)(DP)，如圖3所示(中間)；

定義6：被選為返回路徑目的地的降落點(diǎn)被定義為返回點(diǎn)(RP)，如圖3所示(右)；

定義7：地圖上相機(jī)的有效掃描區(qū)域被定義為max_return；

其中：