[發明專利]移動機器人直接導航移動到指目標點的方法、系統及應用

有效

• 申請號: 202110388051.6
• 申請日: 2021-04-12
• 公開（公告）號: CN113282078B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發明（設計）人: 張鳳翔
• 申請（專利權）人: 西南大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 重慶市信立達專利代理事務所(普通合伙) 50230
• 代理人: 包曉靜

本發明屬于移動機器人導航技術領域，公開了一種移動機器人直接導航移動到指目標點的方法、系統及應用，構建ROS坐標系；確定機器人方向角；獲得機器人在世界坐標系的當前坐標位置，并作為機器人出發點的坐標；計算并繼續調整機器人的角度，使得機器人的航向直接指向目標點；設置機器人需要前進的距離并完成移動；通過不同的反三角函數進行計算，得到以及機器人通過單次計算，并一次性完成方向角調整，徑直到達指定目標點。本發明使得ROS機器人在向目標點移動的過程中，一次性完成方向角調整和移動距離的計算，節省大量硬件資源以及計算開銷，并使得機器人能夠更快速的到達指定目標點。

技術領域

本發明屬于移動機器人導航技術領域，尤其涉及一種移動機器人直接導航移動到指目標點的方法、系統及應用。

背景技術

目前，移動機器人在移動過程中，移動機器人需要頻繁在地圖上的兩點之間(即出發點和目標點)進行移動。在基于ROS的移動機器人中，目前普遍采用的方式是通過TF坐標變換，將目標點在世界坐標系中的坐標，變換成機器人基坐標系中的坐標，然后設置角速度與線速度，讓機器人朝著該目標移動。然而機器人的基坐標系的原點通常與機器人底盤幾何中心重合，因此該坐標系是隨著機器人位置的移動而隨時變化的。這就需要頻繁的使用TF變換來更新世界坐標系中的給定目標點在機器人基坐標系中的新坐標，然后根據新坐標重新計算并不斷調整機器人的角速度和線速度。因此會耗費大量嵌入式平臺上非常有限的硬件資源，并且機器人在不斷調整航向的過程中也會減慢機器人的移動速度。因此，亟需一種新的移動機器人直接導航移動到指目標點的方法。

通過上述分析，現有技術存在的問題及缺陷為：現有方法通過TF坐標變換，將目標點在世界地圖中的坐標，變換成機器人基坐標系中的坐標，這需要頻繁的使用TF變換來更新世界坐標系中的給定目標點在機器人基坐標系中的新坐標，然后根據新坐標重新計算并不斷調整機器人的角速度和線速度，因此會耗費大量嵌入式平臺上非常有限的硬件資源，并且機器人在不斷調整的過程中也會減慢機器人的移動速度。

解決以上問題及缺陷的難度為：解決以上問題的主要難點在于根據機器人當前在地圖中的位置坐標和方向角度，通過機器人當前位置與目標點位置的相互關系，一次性計算出機器人需要轉動的角度和所需移動的距離，使得機器人的航向角直接朝向給定目標點，并直接移動到目標點。

解決以上問題及缺陷的意義為：本方案根據機器人當前的位置和方向角度，一次性計算出機器人需要轉動的角度，使得機器人轉動后的方向徑直朝向目標點，然后根據距離直接移動到指定目標點。在本方案中，對單個目標點的所有的計算和方向角調整均一次性完成，節省了大量硬件資源以及計算開銷，并且由于不需要反復調整機器人的航向角，只需要調整一次，使得機器人在向目標點移動的速度更快，過程更加流暢。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種移動機器人直接導航移動到指目標點的方法、系統及應用。

本發明是這樣實現的，一種移動機器人直接導航移動到指目標點的方法，所述移動機器人直接導航移動到指目標點的方法包括以下步驟：

步驟一，ROS坐標系的構建；

步驟二，機器人方向角的確定；

步驟三，通過使用ROS的TF監聽，獲得機器人在地圖坐標系的當前坐標位置，并作為機器人出發點的坐標；

步驟四，讓機器人航向回到0度角，即與X軸正向重合；

步驟五，計算并繼續調整機器人的角度，使得機器人的航向指向目標點；

步驟六，設置機器人需要前進的距離并完成移動；

步驟七，通過P_start和P_obj的連線，與經過這兩點且與坐標軸平行的直線所圍成的三角形，通過不同形式的反三角函數進行計算，得到以及