[发明专利]一种非360°探测机器人的定目标导航方法

说明书

技术领域

本发明涉及自动控制领域，特别涉及一种非360°探测机器人(探测范围 在≥180°～＜360°)的定目标导航方法。

背景技术

机器人在未知环境中避开障碍物到达指定目的地通常采用Bug及其衍 生算法，它们要求机器人具有360°障碍检测范围的能力、假设机器人无物理 尺寸、而且机器人能贴着障碍物边缘绕行，是对具有360°障碍检测范围的能 力且无物理尺寸机器人避障导航的一种理论指导算法。Bug类算法的核心是 机器人具有贴着障碍物边缘绕行的能力，包括接触点、分离点的确定，绕行 的实现等。目前，Bug类算法实现在未知环境中绕行障碍物边缘到达指定目 的地的方法主要有如下几种：(1)机器人跟踪墙壁的方法，即控制机器人在 移动过程中与墙面保持恒定距离，这种方法虽然不要求机器人具有360°探测 范围，但不适用于障碍物边缘轮廓突变等复杂情况。(2)基于瞬时目标 (Instant Goal)方法，即在每个采样点均根据测距传感器信息建立一个瞬时 目标点，机器人跟踪这一系列瞬时目标点最终实现定点导航，但是这种方法 要求机器人具有360°障碍检测范围且能区分遇到的障碍物边缘是属于新的 障碍物或已遇障碍物。(3)分目标(Subgoal)方法，该方法假定障碍物都 是多边形，在这些多边形的定点周围建立分目标点，通过这些分目标点实现 无碰撞定目标导航，但是这种方法要求障碍物的形状必需为几何多边形，而 通常情况下难以满足此要求，因而限制了其应用。还有的研究使用机械结构 让测距传感器运动来扩大探测范围(例如让声纳传感器旋转来提升扫描范 围)，缺点是要求机械装置精度高，由于空间或者成本限制，该方法并不是经 济可行的。

现有方法均不适用于非360°检测范围(即探测范围在≥180°～＜360°)且 具有物理尺寸的机器人，所以研究此类机器人在未知环境下定目标点导航的 控制方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种精度高、定位 准确、可以在未知环境下定目标点避障导航的非360°探测机器人的定目标导 航方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种非360°探测机器人的定目标导航方法，包括下述步骤：(1)通过机 器人定位系统得到任意时刻机器人的位置；(2)根据机器人上的测距传感器 (探测范围在≥180°～＜360°)的测量数据，分析机器人前方特定区域内障碍 物的有无和分布情况以及路径历史情况；(3)根据不同的障碍物分布信息， 机器人选择纯直线或纯转向行走两种方式，即正对目标点直线前进模式和遇 到障碍物时绕行障碍物边缘行走模式，实现在障碍物分布未知环境中定目标 点无碰撞导航。

步骤1中，所述机器人定位系统为现有常用的定位系统，由GPS、车轮 编码器(Odometry)或者惯性定位传感器组成，用于实时测定机器人当前位 置。

步骤2中，所述测距传感器的探测范围在≥180°～＜360°，可以采用探测 范围为180°的单个测距仪(如LMS-200型激光测距仪)，也可以采用由多个 测距传感器(如声纳传感器)组成的探测范围为180的半环形测距传感器组。

步骤2中，本发明将所述机器人前方特定区域定义为“机器人虚拟触角”。 机器人虚拟触角是指相对于机器人车体定义的特定形状的区域，它们位于车 载测距传感器探测范围内。机器人虚拟触角的作用是利用测距传感器输入的 实时环境信息数据，判断是否有障碍物位于这些区域，若无，则表示该触角 未探测到障碍物；若有，则找出障碍物上最接近机器人的位置，从而实现类 似动物触角的功能。机器人虚拟触角可快速利用测距传感器的大量实时数据， 而且还具有记忆功能，能记住任意一段纯直线行走过程中已无碰撞行走的距 离。

机器人虚拟触角的具体设计如下：