[发明专利]一种室内环境下服务机器人的避障方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种服务机器人避障方法，特别涉及一种室内环境下的服务机器人的避障算法。

背景技术

近年来，随着传感器等领域的技术进步，智能机器人系统开始应用在服务行业中，开辟了服务机器人资助服务的新领域。以往服务机器人的研究和开发主要在大学和研究生中进行，而如今越来越受到企业界和商业界的重视。智能服务机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统，具有环境、多传感器融合、特征提取，避障及环境映射等功能。

室内服务机器人的避障方法一般有三种：一、在已知环境信息(包括障碍物位置信息)的基础上，在避障算法中加入某种高级算法例如遗传算法、势场法等，预先设计出一条从出发点到目标点光滑且无碰撞的路径，使机器人在行走过程中能够有效避障；二、在未知环境下，利用相关传感器感测前方是否有障碍物，当探测到障碍物存在时，机器人会改变一定角度继续前进或者朝远离障碍物方向移动；三、在未知环境下，利用摄像头或激光雷达等高精度设备，边寻路便绘制室内环境地图，当遇到障碍物时，能准确指示机器人避障。第一种方法的优点在于能够利用高级算法预先对路径进行设计，所生成的路径不仅无碰撞，还能满足优化路径等要求；缺点在于必须对环境信息十分明确，在机器人行走前就对室内环境建好模型，不同的室内环境下需要对算法的参数进行修改，难以满足普通家庭服务机器人的避障需要。第二种方法的优点在于未知环境下实现避障要求，适应性较好，能满足大多数室内环境需要；缺点是难以规划出一条较为合理的从出发点到目标点的路径，效率较低。第三种方法的优点在于携带高精度设备的机器人不仅能适应大多数室内环境要求，而且避障效率较高；缺点是由于高精度设备价格昂贵，机器人成本较高，难以普及普通家庭。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于超声波传感器的室内服务机器人的避障算法，利用超声波传感器感测障碍物，并根据返回信息控制机器人绕过障碍物后朝目标点方向移动，最终到达目标点。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种室内环境下服务机器人的避障方法，其特征是，所述机器人设置为圆柱体，其同一水平截面的边缘上设置有若干个对称分布的超声波传感器，最两端的两个超声波传感器的连线经过截面的圆心；包括如下步骤：

1)根据机器人出发点和目标点的全局坐标，计算出机器人从初始方向转至面朝目标点方向的转角；

2)机器人前进，根据除去两侧左右两个超声波传感器之外的所有超声波传感器感测前方障碍物信息；当检测到障碍物时，根据航位推测法返回的此时机器人的朝向角来选择转向X轴方向还是Y轴方向，并判断障碍物类型；所述障碍物类型包括靠墙障碍物和孤岛障碍物；

3)根据步骤2)的判断结果选择绕过障碍物的方式，包括以下四种情况：31)选择转向X轴正方向，障碍物为孤岛障碍物：

机器人继续向前走一个机器人直径长度的距离，记录此时机器人全局坐标；若Y轴坐标值≦目标点的Y轴坐标值，则目标点在此时机器人坐标上方，机器人直接转至面朝目标点方向，继续前进，避障成功；若Y轴坐标值>目标点的Y轴坐标值，则目标点在此时机器人坐标下方，机器人左转90°，重新进行步骤2)；32)选择转向Y轴正方向，障碍物为孤岛障碍物：

机器人继续向前走一个机器人直径长度的距离，记录此时机器人全局坐标；若X轴坐标值≦目标点的X轴坐标值，则目标点在此时机器人坐标上方，机器人直接转至面朝目标点方向，继续前进，避障成功；若X轴坐标值>目标点的X轴坐标值，则目标点在此时机器人坐标下方，机器人右转90°，重新进行步骤2)；33)选择转向X轴正方向，障碍物为靠墙障碍物：

机器人立即停止移动并右转180°；转弯完成后机器人保存此时最右侧超声波传感器的返回值，并继续向前移动，同时不断返回最右侧超声波传感器的测量值D5；当返回值变化幅度超过20cm时，机器人继续向前走一个机器人直径长度的距离后右转90°；转弯完成后机器人先前进(D5+20cm)，记录此时最右侧超声波传感器的新测量值，并继续向前移动，同时不断返回最右侧超声波传感器的测量值；当返回值变化幅度超过20cm时，机器人继续向前走一个机器人直径长度的距离，记录此时机器人全局坐标，机器人直接转至面朝目标点方向，继续前进，避障成功；

34)选择转向Y轴正方向，障碍物为靠墙障碍物：