[發明專利]一種基于UWB與激光雷達的室內行人跟隨與避障方法

在審

• 申請號: 202010847107.5
• 申請日: 2020-08-21
• 公開（公告）號: CN112130559A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 劉成菊;袁家遙;陳啟軍;石文博;杜家源
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 楊宏泰

本發明涉及一種基于UWB與激光雷達的室內行人跟隨與避障方法，包括以下步驟：1)利用AGV車載UWB模塊獲取行人坐標信息，利用激光雷達獲取障礙物信息，并實時發送至上位機；2)根據行人坐標信息搜索行人跟隨路徑，根據障礙物信息規劃避障路徑，獲取AGV當前位姿信息(x,y,θ)，并分別發送至路徑跟蹤控制模塊；3)路徑跟蹤控制模塊計算AGV當前位姿與行人跟隨路徑之間的關系，并通過模糊PID算法輸出線速度v和角速度w；4)將線速度v和角速度w發送至控制模塊，實現AGV對行人的穩定跟蹤，與現有技術相比，本發明具有提高準確性和穩定性等優點。

技術領域

本發明涉及機器人跟隨避障與自主導航領域，尤其是涉及一種基于UWB與激光雷達的室內行人跟隨與避障方法。

背景技術

隨著科技的進步，服務型機器人作為機器人技術集成的代表，其發展正在走向智能化和自主化。跟隨型機器人作為服務型機器人的一種，能夠在與目標沒有物理接觸的情況下自主完成連續的跟隨動作，并與目標保持一定的距離，其在特殊人群(殘障、老年人)輔助、物流搬運、軍事運輸等領域有著重要應用。

現有室內機器人跟隨技術主要有以下幾種：

一是基于攝像頭識別的跟隨方法：跟隨機器人采用攝像頭拍攝圖像識別行人并進行自主跟隨，但普通的單目相機無法獲得深度信息，需要結合超聲波、紅外線等其他傳感器進行距離判斷，以保持適當跟隨距離。此外，這種方法存在跟隨對象容易丟失、易受陌生人干擾且受光線影響較大的問題，同時，如何在硬件資源有限的情況下，同時達到視覺跟隨系統的準確性與實時性仍然是研究的難點。

二是基于超帶寬UWB的方法：為了解決當前視覺跟隨的準確性差、實時性低的難點，基于UWB的方法采用雙邊雙向測距(SDS-TWR)的算法計算出標簽到UWB基站之間的距離，再通過反余弦定理求出標簽和基站之間形成的角度，并將角度和距離信息形成的融合信息通過串口發送給主控制器，通過主控制器對獲取的融合信息進行處理，完成跟隨目標對象的任務。這種方法可以實現跟隨機器人對目標對象實時地、準確地跟隨。但是，這種方法存在無法自主避障的問題，例如人群密集與墻壁轉角處容易導致與障礙物碰撞。

三是基于RGB-D相機的方法：這種方法利用一種窗口自適應的目標跟蹤方法，通過深度圖像上的距離信息更新目標的跟蹤窗口，采用主分量分析法聯合卡爾曼濾波器更新目標的尺寸大小和方向。識別行人目標后，通過聯合圖像深度信息，獲得移動機器人與目標之間的相對位置關系，建立移動機器人跟隨模型。同樣地，這種方法也存在受光線影響大、目標必須出現在視野內和無法主動避障的問題。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種提高準確性和穩定性的基于UWB與激光雷達的室內行人跟隨與避障方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種基于UWB與激光雷達的室內行人跟隨與避障方法，包括以下步驟：

1)利用AGV車載UWB模塊獲取行人坐標信息，利用激光雷達獲取障礙物信息，并實時發送至上位機；

2)根據行人坐標信息搜索行人跟隨路徑，根據障礙物信息規劃避障路徑，獲取AGV當前位姿信息(x,y,θ)，并分別發送至路徑跟蹤控制模塊；

3)路徑跟蹤控制模塊計算AGV當前位姿與行人跟隨路徑之間的關系，并通過模糊PID算法輸出線速度v和角速度w；

4)將線速度v和角速度w發送至底層控制板，實現AGV對行人的穩定跟蹤。

進一步地，所述的行人手持信標，所述的UWB模塊通過雙邊雙向測距算法獲取信標的距離和角度，并將該距離投影于AGV自身坐標軸，得到行人坐標信息。

進一步地，所述的步驟2)具體包括：

21)將行人坐標信息作為目標點，利用A*算法搜索行人跟隨路徑；