[發(fā)明專(zhuān)利]基于條件變分自動(dòng)編碼器的移動(dòng)機(jī)器人避障方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110997644.2
• 申請(qǐng)日: 2021-08-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113515131B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-12-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 遲文政;洪陽(yáng);袁媛;陳國(guó)棟;孫立寧
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05D1/02
• 分類(lèi)號(hào): G05D1/02
• 代理公司: 蘇州市中南偉業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32257
• 代理人: 馮瑞

1.基于條件變分自動(dòng)編碼器的移動(dòng)機(jī)器人避障方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟S1：初始化機(jī)器人的行人避障區(qū)域，以機(jī)器人為中心構(gòu)建柵格矩陣并獲取障礙點(diǎn)位置；

步驟S2：機(jī)器人根據(jù)柵格矩陣從起點(diǎn)向目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行導(dǎo)航并移動(dòng)；

步驟S3：機(jī)器人對(duì)行人進(jìn)行檢測(cè)并獲取行人位置信息和行人屬性信息；

步驟S4：根據(jù)行人的位置判斷行人是否在避障范圍內(nèi)，若否，則返回步驟S2，若是，則執(zhí)行步驟S5；

步驟S5：根據(jù)行人位置信息，將行人的位置用坐標(biāo)表示并存入行人位置數(shù)組中，根據(jù)行人的屬性，將行人的屬性用變量表示并存入行人屬性數(shù)組，將障礙點(diǎn)位置、機(jī)器人的起點(diǎn)位置和目標(biāo)點(diǎn)位置、行人位置數(shù)組、行人屬性數(shù)組作為輸入來(lái)訓(xùn)練條件變分自動(dòng)編碼器，生成坐標(biāo)形式的臨時(shí)避障點(diǎn)；

步驟S6：根據(jù)臨時(shí)避障點(diǎn)篩選代價(jià)最低的最優(yōu)臨時(shí)避障點(diǎn)；

步驟S7：機(jī)器人根據(jù)最優(yōu)臨時(shí)避障點(diǎn)再次進(jìn)行導(dǎo)航；

步驟S8：判斷機(jī)器人是否到達(dá)最優(yōu)臨時(shí)避障點(diǎn)，若未到達(dá)，則機(jī)器人繼續(xù)移動(dòng)直至到達(dá)最優(yōu)臨時(shí)避障點(diǎn)，若到達(dá)，繼續(xù)判斷機(jī)器人是否到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)，若否則返回步驟S3，若是，則認(rèn)為機(jī)器人到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)；

步驟S6中，所述根據(jù)臨時(shí)避障點(diǎn)篩選代價(jià)最低的最優(yōu)臨時(shí)避障點(diǎn)的方法包括：根據(jù)臨時(shí)避障點(diǎn)到行人、最近障礙物以及原始目標(biāo)點(diǎn)的距離設(shè)計(jì)代價(jià)函數(shù)，根據(jù)代價(jià)函數(shù)計(jì)算每個(gè)臨時(shí)避障點(diǎn)的代價(jià)值并選取代價(jià)最低的臨時(shí)避障點(diǎn)作為最優(yōu)臨時(shí)避障點(diǎn)；

所述代價(jià)函數(shù)為：

其中x_temp表示臨時(shí)避障點(diǎn)，x_pi表示第i個(gè)行人的坐標(biāo)，x_obs表示最近障礙物的坐標(biāo)，x_goal表示原始目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)；ω₁、ω₂、ω₃為權(quán)重。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于條件變分自動(dòng)編碼器的移動(dòng)機(jī)器人避障方法，其特征在于，步驟S3中，所述機(jī)器人對(duì)行人進(jìn)行檢測(cè)并獲取行人位置信息和行人屬性信息的方法包括：

步驟S31：通過(guò)機(jī)器人搭載的深度相機(jī)實(shí)時(shí)捕獲周?chē)鷪D像；

步驟S32：應(yīng)用行人檢測(cè)算法對(duì)周?chē)鷪D像內(nèi)的行人進(jìn)行檢測(cè)，獲取行人在像素坐標(biāo)系下的位置，應(yīng)用行人屬性識(shí)別算法對(duì)周?chē)鷪D像內(nèi)的行人進(jìn)行識(shí)別，獲取行人屬性信息；

步驟S33：將行人在像素坐標(biāo)系下的位置通過(guò)坐標(biāo)變換，輸出行人在全局坐標(biāo)系下的位置；

步驟S34：根據(jù)行人在全局坐標(biāo)系下的位置，通過(guò)行人移動(dòng)的距離與經(jīng)過(guò)的時(shí)間，計(jì)算出行人的移動(dòng)速度和移動(dòng)方向并根據(jù)恒速模型來(lái)預(yù)測(cè)出行人下一時(shí)刻的位置。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于條件變分自動(dòng)編碼器的移動(dòng)機(jī)器人避障方法，其特征在于，步驟S4中，所述根據(jù)行人的位置判斷行人是否在避障范圍內(nèi)的方法包括：

步驟S41：根據(jù)行人在全局坐標(biāo)系下的位置，計(jì)算其在橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)下分別到機(jī)器人所在位置的距離d_x和d_y；

步驟S42：判斷d_x和d_y是否都小于行人避障區(qū)域邊長(zhǎng)的一半，所述行人避障區(qū)域是在柵格地圖中以機(jī)器人為中心的正方形區(qū)域，若是，則表示行人在避障區(qū)域內(nèi)，若否，則表示行人不在避障區(qū)域內(nèi)。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于條件變分自動(dòng)編碼器的移動(dòng)機(jī)器人避障方法，其特征在于，步驟S5中，所述根據(jù)行人位置信息，將行人的位置用坐標(biāo)表示并存入行人位置數(shù)組中的方法為：將行人當(dāng)前位置坐標(biāo)以及接下來(lái)兩個(gè)時(shí)刻的位置坐標(biāo)分別通過(guò)全局到局部的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換表示出來(lái)，并行人位置數(shù)組中，前兩個(gè)數(shù)分別表示當(dāng)時(shí)行人的x坐標(biāo)和y坐標(biāo)，后面四個(gè)數(shù)表示行人下兩個(gè)時(shí)刻的坐標(biāo)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于條件變分自動(dòng)編碼器的移動(dòng)機(jī)器人避障方法，其特征在于，步驟S5中，所述根據(jù)行人的屬性，將行人的屬性用變量表示并存入行人屬性數(shù)組的方法為：將行人的屬性用四個(gè)0/1變量表示并存入行人屬性數(shù)組中，所述四個(gè)0/1變量中，第一個(gè)數(shù)值表示行人的性別，0表示男性，1表示女性；第二個(gè)數(shù)值表示體寬，0表示窄，1表示寬；第三個(gè)數(shù)值表示年紀(jì)，0表示中段年齡，1表示老人或小孩；第四個(gè)數(shù)值表示情緒，0表示開(kāi)心或正常，1表示負(fù)面情緒。