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专利号: 2018104962579
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2025-03-20
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于人工势场与滚动窗口的机器人的动态避障方法,其特征在于:该方法包含如下步骤S1:设置机器人运动时与障碍物的绝对安全距离D以及目的地的位置坐标信息X(x,y);

S2:通过机器人的历史里程计数据与当前环境信息E0i来判定当前机器人在全局坐标系中的位姿S3:根据当前机器人位姿、当前的环境特征信息、目的地坐标以及全局坐标信息利用A星寻路算法得到一条静态初始最优路径路线Sfirst,并且开始执行;

S4:利用滚动窗口法,时刻扫描并更新当前窗口下的实时环境信息F1i,实时计算出Δt时间窗口内的环境中是否有障碍物的存在,并判定是否有障碍物:如果没有障碍物存在,则继续执行Sfirst,更新并保存当前环境信息数据E0i=E1i(i1,2,

3...,n),其中n为正整数,并执行S6;

如果有障碍物存在,则执行S5;

S5:判断障碍物的距离是否在设置的绝对安全距离以内,如果不在则执行S6;

如果在绝对安全距离以内,则处理后进行路径重新规划更新Sfirst,然后执行S2;

S6:判断是否已经到达目的地坐标位置X(x,y),如果到达则结束本次导航,如果没有到达,则返回S2继续执行。

2.根据权利要求1所述的基于人工势场与滚动窗口的机器人的动态避障方法,其特征在于:步骤S2具体为,通过机器人的历史里程计数据结合当前环境信息E0i与地图环境模型进行匹配,定位当前机器人在全局坐标系中的位姿根据Eti与 判断t时刻环境中的障碍物的全局坐标为Ooti(Xti,Yti),满足:其中,(xt,yt)为t时刻机器人的全局坐标,d0i为第i个障碍物到机器的距离,θt为机器人t时刻位姿角度,k是障碍物和机器人位姿指向之间的夹角。

3.根据权利要求2所述的基于人工势场与滚动窗口的机器人的动态避障方法,其特征在于:步骤S5具体为:S51:根据障碍物坐标Oo0i(X0i,Y0i)与Oo1i(X1i,Y1i)对当前环境中的障碍物进行分类,满足:其中,Zso0i表示静态障碍物,Zdo0i表示动态障碍物,l+m≤n,ΔS表示障碍物在t时间内所变化的距离,ΔS=S1i-S0i, 表示障碍物t时刻的位置,S0i表示障碍物初始时刻位置;

S52:根据障碍物类型进行判定,若为静态障碍物,则将静态障碍物与机器人之间的距离dso与绝对安全距离D进行比较,Δd=dso-D,若Δd>0,则继续按照规划的路线Sfirst前进,若Δd<0,则重新规划Snew,避开静态障碍物,更新Sfirst=Snew;

若为动态障碍物,则根据当前动态障碍物的运动状态v1与Sfirst判断该动态障碍物是否对机器人当前的路线存在危险,若不存在危险,则继续按照规划的路线Sfirst前进,若存在危险,则根据影响情况重新规划Snew,避开动态障碍物,更新Sfirst=Snew。

4.根据权利要求3所述的基于人工势场与滚动窗口的机器人的动态避障方法,其特征在于:步骤S52中根据当前动态障碍物的运动状态v1与Sfirst判断该动态障碍物是否对机器人当前的路线存在危险具体为:设动态障碍物的运动轨迹参数方程为:

当前导航路线Sfirst下机器人的运动轨迹参数方程为:

联立方程fo(t)与方程fr(t)进行求解,并判定:

若方程组有解则表明两个方程有交点(xi,yi,ti)(i=0,1,…),即在t=ti(i=0,1,…)两个方程在点(xi,yi)(i=0,1,…)相交,机器人将会与动态障碍物发生碰撞,则当前路线存在危险,需要重新规划;

若方程组无解则表明两个方程没有交点,即当前路线不存在危险,不会与动态障碍物发生碰撞。

5.根据权利要求4所述的基于人工势场与滚动窗口的机器人的动态避障方法,其特征在于:若当前路线存在危险,需要重新规划,避开障碍物重新规划的具体方法满足:当把可能的危险交点(xi,yi)(i=0,1,…)代入到原来的静态地图中以后,得到一个新的静态地图,然后利用人工势场法,先得到局部最优方向,然后沿着这方向使用A星寻路算法得到新的路径规划Snew,更新Sfirst=Snew。