[發明專利]一種適用于密集排架環境的移動機器人導航方法

在審

• 申請號: 202010532832.3
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111947657A
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 高翔;王聰;朱博;謝國棟
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01S17/06;G01S17/931
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 曹坤

本發明涉及一種適用于密集排架環境的移動機器人導航方法。屬于移動機器人領域，具體包括以下步驟：(1)、獲取密集排架環境地圖；(2)、基于矩形檢測方法定位密集排架；(3)、構建行為樹選擇路徑模式；(4)、在路徑參考點間使用A*算法生成規劃路徑，再使用基于機器人運動學模型的預測控制方法跟蹤路徑實現導航，在狹長排架通道內定位不準的情況下使用局部激光觀測信息提取的直線特征提供參考。該方法實現了密集排架環境下機器人的工作路徑最優劃分，排除了人工設置路標點帶來的誤差，與現有技術相比能夠在狹窄的排架環境中完成多種移動機器人的導航，適應不同的巡航速度。

技術領域

本發明屬于移動機器人領域，尤其是一種適用于密集排架環境的移動機器人導航方法。

背景技術

移動機器人應用在書架/貨架排列密集有序的圖書館、超市、倉庫等密集存儲環境中時，需要執行盤點、巡檢等多種任務，其任務的完成需要對機器人實現路徑規劃和控制，實現不同任務下的移動機器人導航，在狹長的排架通道中精確控制機器人運動。

目前在密集排架環境中工作的機器人大多基于固定路徑的跟蹤方法，如專利文獻“基于圖像識別技術的上架書籍自動巡檢機器人”(申請號CN201010617824.5)，通過攝像頭/光敏器件獲取粘貼在地面上的機器人運行線路標志信息進行巡線，具有作業穩定的優點，但是需要改造環境，脫離軌跡線需要輔助措施才能再次回到原軌跡上來，機器人運行軌跡死板，往往不是時間最優或路徑最短方案。專利文獻“一種圖書館機器人定位控制方法”(申請號CN201810402240.2)利用RFID標簽作為路標點建立模糊推理規則實現定位與導航，該方法需要在排架邊緣布置大量RFID標簽，標簽與位置的對應關系需要人為準確建立，且排架鋼鐵材質對電磁環境存在干擾，誤差較大。近年來多基于SLAM方法實現機器人的定位導航，如專利文獻“一種激光自動導航圖書館盤點機器人”(申請號CN201910987548.2)，獲得地圖后需要人工設置多導航路標點，耗費時間，沒有對路標點之間關系進行推理組合，存在某目標點下導航失敗的風險，且沒有針對環境特點做出優化和改進。如何實現所需要的工作路徑的劃分和跟蹤控制，是密集排架環境下的移動機器人導航亟待解決的問題。

發明內容

針對上述問題，本發明提供了一種適用于密集排架環境的移動機器人導航方法。

本發明的技術方案是：一種適用于密集排架環境的移動機器人導航方法，操作步驟具體如下：

步驟(1.1)、獲取密集排架環境地圖；

步驟(1.2)、基于矩形檢測方法定位密集排架，生成參考路徑點；

步驟(1.3)、構建行為樹重組路徑參考點序列,生成全局規劃路徑；

步驟(1.4)、基于模型預測控制方法控制機器人跟蹤規劃路徑。

進一步的，所述步驟(1.2)中，所述的密集排架是指：在環境地圖中呈現矩形規則排列，通過矩形檢測方法，確定矩形四個角點位置，結合機器人運動學模型的最小半徑和安全距離，生成參考路徑點，用表示基于排架號i的左上路徑參考點、右上路徑參考點、右下路徑參考點、左下路徑參考點的位置,max為檢測出的矩形最大數量。

進一步的，所述步驟(1.3)具體為，構建行為樹選擇不同的機器人運動學模型，確定參考路徑點的序列組合，實現不同路徑模式的切換，預設以下六種模式，(a)、全部排架依次巡架路徑，(b)、指定排架兩側巡架路徑，(c)、指定排架指定單側巡架路徑，(d)、兩排架之間巡架路徑，(e)、繞密集排架的外圍區域進行巡邏路徑，(f)、從指定書架起連續多個排架巡架路徑。

進一步的，所構建的機器人運動學模型包括兩輪差分移動機器人模型、三輪全向輪運動學模型和四輪麥克納姆輪全向運動學模型。