[發明專利]一種自主路徑規劃與避障系統及方法

在審

• 申請號: 202310377825.4
• 申請日: 2023-04-11
• 公開（公告）號: CN116339342A
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 汪忠來;趙一鳴;穆罕默德·侯賽因·海德爾;趙子儀;吳毳
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 大連優路智權專利代理事務所(普通合伙) 21249
• 代理人: 陳雪飛

1.一種自主路徑規劃與避障系統，其特征在于，包括：信息獲取模塊、避障模塊和路徑規劃模塊；

所述信息獲取模塊包括：用于獲取機器人瞬時位置的GPS、用于獲取機器人移動方向的航向傳感器、用于獲取周圍環境信息的超聲波傳感器；GPS、航向傳感器和超聲波傳感器安裝在機器人上；

避障模塊包括自適應神經模糊推理系統，用于根據接收到的信息獲取模塊測得的信息求得機器人需要偏轉的角度；

路徑規劃模塊根據信息獲取模塊及避障模塊調整機器人的航向。

2.根據權利要求1所述的一種自主路徑規劃與避障系統，其特征在于，所述超聲波傳感器數量為三個，分別安裝在機器人的右、中、左三個部分。

3.一種自主路徑規劃與避障方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1.利用信息獲取模塊獲取機器人的位置、移動方向以及周圍的環境信息；

S2.判斷機器人與障礙物距離的遠近，若距離為近，則執行步驟S3，若距離為中或遠，則執行步驟S4；

S3.利用避障模塊控制機器人轉向，轉向之后執行步驟S1；

S4.利用路徑規劃模塊調整機器人的航向。

S5.判斷機器人是否到達目標位置，若到達目標位置運動結束，若沒有到達目標位置則執行步驟S1。

4.根據權利要求3所述的一種自主路徑規劃與避障方法，其特征在于，所述步驟S2分別預設近、中、遠對應的距離范圍，將信息獲取模塊獲取到的機器人與障礙物之間的距離數據信息與對應的近、中、遠預設距離范圍對比，判斷機器人與障礙物之間的距離為近、中、遠中的一個。

5.根據權利要求4所述的一種自主路徑規劃與避障方法，其特征在于，所述步驟S3避障模塊的自適應神經模糊推理系統包括輸入層、模糊化層、裁決層、歸一化層、評價層和去模糊化層；輸入層包括右、中、左三個超聲波傳感器獲得的機器人與障礙物之間的距離數值；裁決層、歸一化層和評價層中都含有27個節點。

6.根據權利要求5所述的一種自主路徑規劃與避障方法，其特征在于，所述模糊化層利用隸屬函數確定每個節點數值相對于預設的近距離范圍的隸屬度值，隸屬函數計算公式為：

式中：x為輸入層輸入的數值；j為節點數；α、β、γ為參數；

裁決層的計算公式為：

w_j＝μ(L)μ(F)μ(R)

式中：w為權重；L、F、R為左、中、右三個超聲波傳感器的輸入值；

歸一化層的計算公式為：

評價層的計算公式為：

式中：d為精確輸出函數，精確輸出函數的計算公式為：

d_j＝p_jL+q_jF+r_jR+s_j

式中：p_j、q_j、r_j、s_j為模糊推理模塊的線性結果參數；

去模糊化層將所有評價層節點得到的結果相加，得到機器人的轉向角度值。

7.根據權利要求3所述的一種自主路徑規劃與避障方法，其特征在于，所述步驟S4機器人的航向計算公式為：

θ＝tan^-1[(y₂-y₁)/(x₂-x₁)]

式中：S為機器人與目標位置的距離；x₁為移動機器人的橫坐標；y₁為移動機器人的縱坐標；x₂為目的地的橫坐標；y₂為目的地的縱坐標；θ為機器人從原點偏轉的角度；φ為當前頭部軌跡與期望路徑之間的角度；為通過航向傳感器獲取機器人移動方向向量；為機器人到目的地的方向向量。

8.根據權利要求3所述的一種自主路徑規劃與避障方法，其特征在于，所述步驟S5判斷機器人是否到達目標位置的計算式為：

S＜S^TH

式中：S^TH為設定的距離閾值。