[发明专利]一种基于自适应前沿探索目标点选取的自主探索与避障方法

说明书

一种自适应前沿探索目标点选取的自主探索与避障方法，首先通过激光扫描仪扫描信息解释可通行区域选择的原理；其次通过基于自适应前沿探索目标点选取原理，选择适应当前时刻机器人位姿处的探索阈值，根据探索阈值及评价函数选择最优的探索目标点，考虑机器人在运动至探索目标点的过程中可能出现动态障碍物的情况，采用最小二乘法拟合动态障碍物的运动轨迹，判断机器人与障碍物的相对关系，再根据自适应前沿探索目标点选取原则，选择有效的探索目标点；最后，通过查询探索目标点的数据集，有效避免重复探索和漏探索的可能，确保探索的地图的完整性。本发明不仅可以满足实际应用的精度与实时性要求，而且成本较低。

技术领域

本发明应用于移动机器人同时定位和地图构建领域，涉及到移动机器人自主探索问题，尤其是场景中存在障碍物和狭窄过道的时候，如何选择可行的区域以及如何选择探索目标点的问题，实现了一种有效的自主探索方法。

背景技术

本发明主要考虑移动机器人如何利用激光扫描仪有效地进行自主探索和场景地图构建的同时避免静态障碍物和动态障碍物。主要自主探索方法包括可行区域的判断方法、探索目标点的选取方法和动态障碍物避碰方法。虽然使用激光扫描仪构建场景地图已经非常成熟，但是让机器人自主的探索，并且构建场景地图的技术还尚未成熟，所以发明提出了一种不需要人为控制机器人运动，让机器人自主探索的一种场景地图构建方法。

在进行自主探索级地图构建的同时由于场景中不可避免的存在障碍物，如果机器人能构建完整的场景地图，则势必要绕过一些障碍物，到达未知区域，才能获得未知区域的信息。基于激光传感器扫描的信息能够有效的识别当前环境信息，从而获得局部子目标和有效的行进路线，然而传统的自主探索方法根据前沿断点信息，机器人在遇到障碍物时，无法有效的绕过障碍物，以及忽略一些狭窄的通道和重复探索的问题，导致机器人构建的场景地图不完整和耗时量大等问题，并且当运动探索目标点的过程中出现动态障碍物的情况下，还容易发生碰撞。

发明内容

为解决机器人的自主探索与避障问题，本发明提供一种自适应前沿探索目标点选取方法，该方法根据场景中出现的静态障碍物，实时地选择合适的阈值，同时在动态障碍物出现时，采用最小二乘法对动态障碍物的位置进行预测，再利用自适应的前沿探索目标点选取方法避开障碍物且重新选择探索目标点。为了保证探索完整的场景地图，利用数据集记录场景中出现的所有探索目标点，并记录机器人在此探索目标点的运动方向，避免重复探索，同时，在机器人探索的过程中，实时的记录场景中的信息，构建一张储存场景信息的栅格地图，为了以后机器人在此地图上进行定位导航。此类方法数据储存量小，速度快，算法容易实现，且实施成本低等优点，能够满足移动机器人有效地避开障碍物且自主探索的应用需求。

为了解决上述技术问题本发明提供如下的技术方案：

一种基于自适应前沿探索目标点选取的自主探索与避障方法，所述方法包括以下步骤：

1)判断可行区域，过程如下：

长直过道为探索区域W，W中存在静态障碍物为简单多边形，其角点集合G_i＝{g_i|i＝1，2，3，...，m)，移动机器人A可视为以O为圆心，r为半径的圆，激光扫描仪位置可视为质点o，以该质点o建立直角坐标系，机器人前进方向为X轴正半轴方向，机器人逆时针旋转的方向为Y轴正方向，任意时刻t，激光扫描仪的位置为O_t(0，0)，当选定的阈值为激光扫描仪的最大量程时，机器人的可视区域为