[發明專利]一種具備全范圍信息恢復能力的機器人導航避障方法

在審

• 申請號: 202210860489.4
• 申請日: 2022-07-21
• 公開（公告）號: CN115167430A
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 張偉;曹睿;李曉磊;謝世寬;趙越男;李傳鵬;李宇
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 于鳳洋

1.一種具備全范圍信息恢復能力的機器人導航避障方法，其特征在于，訓練步驟包括：

在仿真環境三維空間中建立機器人坐標系，并在一定區域內隨機生成障礙物的位置、以及機器人的起始點和目標點；

獲取周圍環境數據，基于狀態空間、動作空間、獎勵函數、狀態轉移概率、觀測空間以及觀測概率分布建立環境模型；

獲取原始雷達和當前雷達的觀測數據，構建歷史觀測數據隊列，將當前最新的雷達觀測數據以及位姿插入歷史隊列中，使歷史觀測數據與當前觀測數據融合，形成機器人周圍360°范圍內環境的新的觀測感知結果；

利用新的感知結果在優化更新的策略函數網絡中輸出的概率分布來選擇機器人下一步的避障動作，直至到達目標點。

2.如權利要求1所述的一種具備全范圍信息恢復能力的機器人導航避障方法，其特征在于，建立的觀測空間包括機器人對于原始數據補全后的感知結果、機器人當前速度、目標點在機器人局部坐標系下的坐標位置。

3.如權利要求2所述的一種具備全范圍信息恢復能力的機器人導航避障方法，其特征在于，所述對于原始數據補全后的感知結果包括融合歷史觀測數據與當前觀測數據后的周圍360°范圍內障礙物的距離信息以及氣對應的時間信息；機器人當前速度包括差速機器人當前的線速度和角速度；坐標位置包括目標點在機器人局部坐標系下的坐標值組成的向量。

4.如權利要求1所述的一種具備全范圍信息恢復能力的機器人導航避障方法，其特征在于，將原始雷達數據轉化為代表機器人周圍360°范圍內觀測感知結果的處理方法為：

(1)將獲取的原始雷達數據轉化為極坐標系并進行歸一化；

(2)建立存儲一定幀數歷史觀測數據的隊列和與歷史觀測數據相對應的機器人位姿的隊列，位姿包含在世界坐標系下機器人的笛卡爾坐標系下的坐標以及機器人的偏航角；

(3)根據一定判定條件，更新歷史觀測數據隊列；

(4)根據之前獲得的歷史觀測隊列與機器人當前最新觀測數據，將其融合成為一個可表示機器人周圍360°范圍內環境的新的感知結果，360°的感知結果中包括當前觀測數據以及根據歷史觀測數據記憶下來的帶有一定不確定性的“回憶觀測數據”；并且根據歷史隊列中的數據與當前時刻的時間差的大小，分別為其賦予一維時間特征，這個特征代表機器人對于觀測信息的置信程度。

5.如權利要求4所述的一種具備全范圍信息恢復能力的機器人導航避障方法，其特征在于，處理方法(3)中的判定條件為：

每次將歷史位姿隊列中隊尾的位姿與當前位姿比較，設置位置差允許范圍的閾值以及偏航角的閾值，如果上一次更新時的位姿與當前位姿的距離差大于所述設定的閾值或者偏航角差大于所述設定的閾值，就將當前觀測數據與當前位姿分別插入歷史觀測與歷史位姿隊列的隊尾，將隊列中處于隊頭的數據刪除。

6.如權利要求4所述的一種具備全范圍信息恢復能力的機器人導航避障方法，其特征在于，處理方法(4)中對于歷史觀測隊列與機器人當前最新觀測數據的處理過程包括以下步驟：

將歷史觀測隊列中觀測數據統一轉換到當前坐標系下，即先將歷史觀測數據由極坐標系轉換到各自時刻的笛卡爾坐標系下，然后再將對應點轉換到當前時刻的笛卡爾坐標系下，最后再進行一步笛卡爾坐標系到極坐標系的轉換；

將當前觀測數據與歷史觀測數據連接成一組完整觀測；將360°的范圍切分為N份，用觀測數據的極角來計算其在360°范圍內對應的id值；

對數據進行篩選后，根據觀測數據與當前時刻的時間差的大小，賦予一維特征；然后將生成的360°范圍的雷達數據與其對應的時間特征結合到一起返回。

7.如權利要求1所述的一種具備全范圍信息恢復能力的機器人導航避障方法，其特征在于，建立的動作空間包括再連續空間內的一系列可達到的速度，差速機器人的速度包括了線速度和角速度，即

a^t＝[v^t,ω^t]。