[發明專利]一種基于多目標優化的救援機器人逃逸方法

有效

• 申請號: 202110523501.8
• 申請日: 2021-05-13
• 公開（公告）號: CN113341951B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 王堅;魯玉林;翟鴻葉;李東;洪濤
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 楊舟濤

本發明公開了一種基于多目標優化的救援機器人逃逸方法。本方法利用分布式傳感系統及救援機器人上的機載傳感器獲得災后救援環境中的危險源信息的數據；建立數學模型，獲得不同的危險源狀態及分布下的救援機器人工作的環境模型中的區域危險程度大小，將路徑代價和危險域的風險代價結合，建立綜合代價評判指標；在模型的基礎上，采用一種結合A Star算法的鄰域擴展過程的綜合代價決策方法，實現最優安全出口目標的選擇及相應的路徑輸出。本算法在構建的仿真救援環境中的目標選擇及路徑輸出上能夠很好地和減少路徑長度和降低災后救援場景中的危險源帶來的風險，可用于存在危險源的災后救援場景，實現機器人完成任務或突發情況時逃逸的路線規劃。

技術領域

本發明屬于機器人控制領域，涉及救援機器人的運動規劃方法，特別涉及一種基于多目標優化的救援機器人逃逸方法。

背景技術

近二十年來，地震、火災、核泄露以及恐怖襲擊等災害頻繁發生，導致許多人受難，需要救援隊進行救援，救援機器人通常被應用在那些存在未知危險或是人類無法直接進入現場參與或執行救援任務的救援場景中，因此越來越多的國家都開始重視救援機器人的研究與開發，以增強救援能力。

由于大多數危險源都是不穩定的，而救援機器人在經過這些不穩定危險源時很難保證機器人本體以及被救援的目標不受損害，并且這些危險源也可能突然出現在救援機器人的目標方向或既定路線上，影響救援機器人的正常行進，此時需要重新對救援機器人的路線進行規劃，以保障機器人本體與被救援目標的安全。

現有技術中，當救援現場存在多個安全出口且危險源發生變化的情況下，通常采用人工干預的方式控制救援機器人逃逸，按照操作者的直觀感受直接選擇一個目標點作為機器人的目標出口，缺乏智能性，缺少一種結合災后救援場景中危險源的分布和實時狀態進行決策輸出的多目標優化方法。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提出了一種基于多目標優化的救援機器人逃逸方法，利用分布式傳感器獲取危險源信息，然后進行分析提取，設置機器人執行逃逸動作的觸發條件，規劃多安全出口環境中的逃逸路線，實現危險源變化時的機器人自主逃逸。

一種基于多目標優化的救援機器人逃逸方法，該方法具體包括以下步驟：

步驟一、將救援現場的地圖環境輸入到救援機器人的內部計算機中，再將地圖環境映射為二維柵格環境模型M，使用變量c描述二維柵格環境模型M中每個柵格的狀態，其中存在障礙物的空間的狀態為不可行狀態，不存在障礙物的空間的狀態為可行狀態。再獲取I個危險源在M中的映射位置p_i，i＝1,2,...I。

步驟二、遍歷二維柵格環境模型M中的每個柵格點，以M中的每個柵格點作為當前點，利用A Star算法計算初始點到當前點的實際代價g值、當前點到目標點的估計代價h值以及初始點經過當前點到目標點的代價估計f值。使用A Star算法在地圖環境中進行導航。

步驟三、利用分布式傳感系統對具有危險源的災后救援場景進行監測，獲取危險源的實時數據變化情況，將監測得到的實時數據映射到二維柵格環境模型M中。

步驟四、對獲取到的危險源數據進行處理，分析環境中各處危險源的危險程度及影響范圍。將獲取到的I個危險源中心處的數據進行歸一化處理，記錄對應的危險程度d_i，將傳感系統獲得的危險程度初始值映射到區間R中，再由危險源中心點往外擴散，分別計算危險源中心周圍的每個柵格點的危險程度。

所述區間R的大小與地圖大小、地圖分辨率以及衰退因子λ的值相關。

所述危險源中心周圍的每個柵格點的危險程度的計算方式為：

采用分層累積的方式計算危險源中心周圍的每個柵格點的危險程度，以危險源為中心，其周圍的柵格點處的危險程度逐層衰退，衰退因子為λ，因此危險源i周圍第n層的各個柵格點的危險程度為：