[發(fā)明專利]一種自主路徑規(guī)劃與避障系統及方法

在審

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• 申請日: 2023-04-11
• 公開（公告）號: CN116339342A
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發(fā)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(yōu)路智權專利代理事務所(普通合伙) 21249
• 代理人: 陳雪飛

本發(fā)明涉及機器人技術領域，具體涉及一種自主路徑規(guī)劃與避障系統。包括：信息獲取模塊、避障模塊和路徑規(guī)劃模塊；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(huán)境信息的超聲波傳感器；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；本發(fā)明是將自適應神經模糊推理系統與傳感器融合來幫助機器人在未知環(huán)境中進行自主路徑規(guī)劃與避障，方法適應性強；路徑規(guī)劃和避障過程以語言方式處理，應用此方法可以使人類更容易理解；所提出的方法僅使用一個ANFIS控制器和27條規(guī)則即可進行精準的局部路徑規(guī)劃，計算量小。

技術領域

本發(fā)明涉及機器人技術領域，具體涉及一種自主路徑規(guī)劃與避障系統及方法。

背景技術

路徑規(guī)劃與避障是限制移動機器人行動能力的重要因素，目前自主規(guī)劃路徑與避障主要有兩種實現方式，一種通過模糊邏輯在單獨用于移動機器人完成任務，該方法假定所有障礙物具有相同的形狀和大小且所有障礙物都是靜止的，機器人只遵循預定義的軌跡，該方法另一種實現方式是通過傳感器精確測量障礙物的中心以實現路徑規(guī)劃，但由于此種方法需要處理的數據量過大，需要清楚得知全局的靜態(tài)地圖，實際應用中很難實現；另一種是應用自適應神經模糊推理系統(ANFIS)完成移動機器人路徑規(guī)劃與避障任務，但該類型方法需要通過多個控制器和很多的規(guī)則來執(zhí)行自主路徑規(guī)劃與避障任務，處理的數據量大，而且只能對具有規(guī)則形狀的障礙物進行避障，已提出的該類型方法對新環(huán)境的適應性低、對雜亂環(huán)境的計算量大、數據融合困難。

發(fā)明內容

為了解決現有技術中存在的需要關于環(huán)境和障礙的信息、計算量大、以及只能按預定義軌跡運行的問題，本發(fā)明提供了一種自主路徑規(guī)劃與避障系統及方法。

本發(fā)明為實現上述目的所采用的技術方案是：

一種自主路徑規(guī)劃與避障系統，包括：信息獲取模塊、避障模塊和路徑規(guī)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(huán)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(guī)劃模塊，根據信息獲取模塊及避障模塊調整機器人的航向。

優(yōu)選的，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。

一種自主路徑規(guī)劃與避障方法，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(huán)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(zhí)行步驟S3，若距離為中或遠，則執(zhí)行步驟S4；

S3.利用避障模塊控制機器人轉向，轉向之后執(zhí)行步驟S1；

S4.利用路徑規(guī)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(zhí)行步驟S1。

優(yōu)選的，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。

優(yōu)選的，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(jié)點。

優(yōu)選的，所述模糊化層利用隸屬函數確定每個節(jié)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：