[发明专利]一种基于自适应引力的移动机器人避障方法

说明书

一种基于自适应引力的移动机器人避障方法，包括如下步骤：步骤1)建立参考轨迹曲线的表达式；步骤2)自适应引力设计，得到自适应引力取值；步骤3)将自适应引力作用在时间尺度上，得到基于引力的参考轨迹曲线；步骤4)通过参考轨迹曲线确定模糊控制器的输出；当机器人在轨迹跟踪过程中未检测到障碍物时，机器人的控制量由轨迹跟踪控制器的输出决定，当机器人检测到的障碍物且距离很近时，当前机器人的控制量由模糊控制器的输出决定。本发明在障碍物情况较复杂或机器人完成避障时间较长时，可有效避免参考机器人过度远离问题，使得机器人完成避障任务后能够快速的回到参考轨迹曲线上，使得机器人的能量消耗减少。

技术领域

本发明属于轮式机器人运动控制技术领域，涉及到轮式移动机器人轨迹跟踪过程中自主避障时的参考轨迹变化问题，尤其是当障碍物情况较复杂或机器人完成避障时间较长时，如何避免参考轨迹机器人过度远离问题，使得机器人轨迹跟踪完成自主避障任务后能够快速回到参考轨迹曲线上。

背景技术

随着机器人的应用越来越广泛，人们对机器人的要求也越来越高，特别是移动机器人在运动过程中与周围环境交互的能力。移动机器人的自主性体现为移动机器人能够根据传感器采集到的环境信息安全有效的避开行进中的障碍物，并朝目标方向前进。

轮式移动机器人运动控制技术中的一个关键技术为轨迹跟踪控制。在轨迹跟踪过程中机器人会遇到障碍，机器人需要能够在未知环境下的轨迹跟踪过程中安全、有效地绕开障碍物，避障完成后继续跟踪参考轨迹曲线运动。此类问题就是移动机器人轨迹跟踪控制过程中的自主避障问题。

轨迹跟踪控制的参考轨迹曲线是和时间相关的函数，轨迹跟踪得过程可以看做是当前机器人跟踪参考机器人的运动，参考机器人的位置姿态由参考轨迹曲线和时间决定。在机器人避障的过程中，若障碍物情况较复杂或机器人完成避障时间较长时，参考机器人的位置会与机器人当前位置形成较大误差，这样会导致当前机器人以最快速度进行追踪参考机器人，并且这段追踪过程机器人并不在参考轨迹曲线上运动。

发明内容

本发明的主要目的在于解决机器人在轨迹跟踪过程中自主避障时，参考机器人位置过度远离问题，提供了一种基于自适应引力的移动机器人避障方法，当障碍物情况较复杂或机器人完成避障时间较长时，可有效避免参考机器人过度远离问题，使得机器人完成避障任务后能够快速的回到参考轨迹曲线上。

本发明采用如下技术方案：

一种基于自适应引力的移动机器人避障方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1)建立参考轨迹曲线的表达式；

步骤2)自适应引力设计，得到自适应引力取值；

步骤3)将自适应引力作用在时间尺度上，得到基于引力的参考轨迹曲线；

步骤4)通过参考轨迹曲线确定模糊控制器的输出；当机器人在轨迹跟踪过程中未检测到障碍物时，机器人的控制量由轨迹跟踪控制器的输出决定，当机器人检测到的障碍物且距离很近时，当前机器人的控制量由模糊控制器的输出决定。

所述参考轨迹曲线包括直线或圆或曲线。

所述自适应引力取值为

其中θ_△为两机器人的连线与参考机器人朝向形成的夹角，d_△为机器人与参考机器人的距离，k_s为引力系数，d₀为最小引力距离。

所述步骤3)，具体为：将自适应引力作用在时间步长T上，引入一个时间尺度系数k_t，

则参考轨迹曲线生成的表达式为