[发明专利]一种基于障碍物运动状态预测的机器人避障系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于障碍物运动状态预测的机器人避障系统，包括：带有底层驱动的移动机器人；四个超声波传感器，分别安装在所述机器人四周且通过端口与机器人控制器的相应端口相连接，用于获取障碍物的距离信息；机器人控制器，用于对所述超声波传感器获取的障碍物距离信息进行融合分析、处理，进而控制所述移动机器人进行移动、避障；供电系统，用于给所述可移动机器人、所述机器人控制器供电。本发明还公开了一种基于障碍物运动状态预测的机器人避障方法。本发明的系统及方法成本低、稳定性好、可靠性高、通用性好，可广泛应用于机器人的避障、导航领域中，能够实现移动机器人对动态障碍物的自主避障。

技术领域

本发明涉及机器人避障、导航、路径规划等领域，特别是涉及一种基于障碍物运动状态预测的机器人避障系统及方法。

背景技术

移动机器人的避障问题是其研究中的一个重要的课题，其避障研究主要关心的是采用何种策略使得机器人在有障碍的环境中能够避开障碍物、安全行进。无论是在静态，还是在动态环境下，机器人避障技术都还需要改进，机器人避障研究是一项富有挑战性的、值得进一步深入研究的课题。近年来，随着移动机器人技术的不断提高，移动吸尘器迅速渗透到百姓的生活中。除此之外，还有很多移动式机器人正在不断发展壮大，正在走进人们的生活中。因此，致力于移动机器人的避障等各个方面的研究对改善人们的生活有重要的意义。

随着各种移动机器人的不断研发，对其避障的要求也日益提高，现实环境中的很多情况都需要考虑到移动障碍物或者目标点随机运动的情况。如何在动态复杂环境中精确迅速的实现避障已经成为移动机器人研究的主要目标之一。传统的单一避障方法已经不能很好的解决复杂环境下的避障问题，这时就需要考虑对障碍物运动状态的预测问题。在动态复杂环境下，需要一种稳定性好并且实时性比较强的避障方法，这种研究对移动机器人避障技术的发展有很大的促进作用，这成为本次发明要实现的目标。移动机器人检测障碍物常用传感器有：红外传感器、视觉传感器、超声波测距模块等。相对于超声波传感器，红外传感器无法检测出距离信息；视觉传感器可以采集环境图像信息，但是大部分视觉传感器都是受光线条件的限制，视觉传感器信息图像处理比较复杂，时间花费较大；超声波传感器信息处理简单、实时性强，能测出障碍物的距离信息。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了基于障碍物运动状态预测的机器人避障系统及方法，对现有的避障方法在实施方式上、在避障算法上进行改进，采用信息处理简单、实时性强的超声波测距传感器，四个超声波传感器采用分时工作的机制，按一定的周期和顺序进行循环测距，每个超声波传感器分别探测各自方向上障碍物的信息，机器人控制器读取并保存探测信息；根据超声波传感器的测距结果，机器人控制器预测障碍物所在方位，估计障碍物的运动状态(运动速度大小和方向)；本发明提供对障碍物运动状态的检测的方法，估计出障碍物运动方向和速度，为机器人执行相应的避障决策提供依据，满足机器人对动态障碍物避障的要求，解决了现有技术的不足之处。

本发明采用如下技术方案实现：

一种基于障碍物运动状态预测的机器人避障系统，包括：

带有底层驱动的移动机器人；

四个超声波传感器，分别安装在所述机器人四周且通过端口与机器人控制器的相应端口相连接，用于获取障碍物的距离信息；

机器人控制器，用于对所述超声波传感器获取的障碍物距离信息进行融合分析、处理，进而控制所述移动机器人进行移动、避障；

供电系统，用于给所述可移动机器人、所述机器人控制器供电。

进一步地，还包括手机端或PC端上位机，所述的手机端或PC端上位机设置有图形用户界面，通过无线方式连接所述机器人控制器，用于监控、控制所述移动机器人的运动；

进一步地，所述四个超声波传感器均匀分布在所述移动机器人的前、后、左、右四个方向上，所述四个超声波传感器的发射方向均朝外。