[发明专利]移动机器人的自主路径规划与避障系统及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，特别涉及一种移动机器人的自主路径规划与避障系统及其使用方法。

背景技术

移动机器人，是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统。是目前科学技术发展最活跃的领域之一。它集中了传感器技术、信息处理、电子工程、计算机工程、自动化控制工程以及人工智能等多学科的研究成果。在有些特殊地区，例如无人区的巡逻工作，如果派遣人危险性极高。而自主移动机器人则可以代替人来完成巡逻工作。

随着移动机器人的使用领域逐渐拓宽，不仅在工业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛的应用，而且在城市安全、国防和空间探测领域等有害与危险场合得到很好的应用。因此，移动机器人技术已经得到世界各国的普遍关注。

但传统的移动机器人需要人去操控的缺点使传统移动机器人很难得以推广与运用，并且传统的移动机器人有维护成本高，人工成本高的劣势。不能自主也限制了传统移动机器人的活动范围，由于通讯距离的局限性使传统机器人的使用领域也具有了局限性。

发明内容

本发明提出一种移动机器人的自主路径规划与避障系统及其使用方法，解决了现有技术中移动机器人自主性差，人工成本高的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：

一种移动机器人的自主路径规划与避障系统，包括移动机器人、PC机、GPS定位模块、激光雷达模块、电子罗盘模块和里程计模块；GPS定位模块、激光雷达模块、电子罗盘模块和里程计模块均安装在移动机器人上，GPS定位模块用于获取移动机器人所处的位置信息并传输至PC机内，电子罗盘模块用于获取移动机器人的相对方位并传输至PC机内；里程计模块获取移动机器人的移动距离并传输至PC机内；激光雷达模块用于对移动机器人前方实时扫描并将扫描信息传输至PC机内，PC机将接收到的信息进行融合处理并发送控制命令给移动机器人，移动机器人根据控制指令进行移动。

为增加本发明的准确性，在移动机器人上还设置有GPS信号加强组件，GPS信号加强组件包括GPS天线、竖杆、旋转电机Ⅰ、伸缩杆和旋转电机Ⅱ，旋转电机Ⅰ安装在移动机器人上，且旋转电机Ⅰ的输出轴上固定有转盘，在转盘上固定有旋转电机Ⅱ，旋转电机Ⅱ的输出轴与竖杆连接，竖杆的上部垂直插入连接套筒内，且在竖杆顶部安装有齿轮；伸缩杆水平插入连接套筒内，且在伸缩杆上设置有齿条，齿条与齿轮相啮合；GPS天线的一端固定在伸缩杆上，GPS天线的另一端固定在转盘上。

一种移动机器人的自主路径规划与避障系统的使用方法，步骤如下：S1，设定移动机器人的移动目标点位置信息；

S2，PC机从GPS定位模块处获取移动机器人的当前位置信息；

S3，PC机将当前位置与Slam地图存储器内的地图信息进行比对，判断所处区域是否存在Slam地图；若存在Slam地图则进行步骤S4；否则，进行步骤S10；

S4，PC机以目标点相对于当前位置的方向作为移动机器人的移动指引方向，并给定移动机器人相对于水平轴的移动夹角θ_a；

移动夹角θ_a的计算公式为：

其中，Y_a为目标点的纵坐标值，Y_o为当前位置的纵坐标值，X_a为目标点的横坐标值，X_o为当前位置的横坐标值；

S5，PC机接收激光雷达模块的检测信息，判断移动机器人行进方向是否出现障碍物，若没有障碍物，则继续前进；若有障碍物，则进行步骤S6；

S6，PC机将Slam地图分割成等距的正方形，并以移动机器人当前位置和目标点的连线作为切线，将Slam地图分为两个独立区域，分别为左区和右区；

S7，设定移动机器人先行驶右区后行驶左区，并对每个正方形的阈值进行初始化；

S8，获取避障路线；

S8.1，PC机对初始化后Slam地图中的障碍物的边缘进行做圆，圆的半径为移动机器人的长度的一半；

S8.2，从步骤S8.1中获取各圆之间的不相交点的位置信息；

S8.3，将步骤S8.2中的不相交点形成的连线作为移动机器人的避障指引线；PC机使移动机器人以避障指引线为界，先从地图右区进行移动，若移动过程中，地图右区出现封闭，PC机使移动机器人返回并从地图左区进行移动，反之则继续前进，直至绕过障碍物并向目标点进一步前进；

S9，重复步骤S5-步骤S8直至移动机器人到达目标点；