[发明专利]一种室内移动机器人人机共融导航装置及方法

说明书

发明公开了一种室内移动机器人人机共融导航装置及方法。该装置包括：行人建模模块、动态代价地图、全局路径规划器、机器人和室内视觉传感器：行人建模模块用于将行人感知信息转换为全局路径规划器搜索图需要的代价地图；动态代价地图为全局路径规划器提供未来时刻的社会约束信息；全局路径规划器是整个系统的核心，负责接收导航目标位姿和AMCL定位信息，采用“规划‑预测‑执行”时序周期进行动态规划，在每个规划周期基于动态代价地图构建搜索图计算当前规划周期最佳的规划结果；机器人和室内视觉传感器负责全局环境感知，此外机器人移动底盘接收底层运动指令进行移动导航。本发明可以有效、灵活地运用于实际室内环境。

技术领域：

本发明涉及一种室内移动机器人人机共融导航装置及方法，属于移动机器人室内环境人机共融导航技术领域。

背景技术：

随着移动机器人地快速发展，移动机器人开始广泛运用到各种服务场所，其中人机共融导航旨在机器人导航过程中提高社交能力、遵循社会规范，吸引了广泛的研究关注。人机共融导航需要满足舒适性、社会性要求，其中舒适性要求保持适当的距离、采用合适的接近策略，社会性要求机器人遵循社会规范，如设置靠右行、避免穿过一群人。

1、路径规划技术是移动机器人作业的核心技术。机器人在有障碍物的工作环境中找到一条从起点到终点适当的运动路径，使机器人在运动过程中能安全、无碰撞地绕过所有障碍物，需要机器人能对静态及动态环境作出综合性判断，进行智能决策；而人机共融导航在此基础上进一步要求机器人能够遵循社会规范。

2、机器人本体感知是保证移动机器人正确作业的重要基础。机器人本体感知通过自身的软硬件来实现。在硬件方面，目前一些价格较低但是性能优良的传感器不断面世，如一些RGB-D传感器、红外传感器等；而在软件模块方面，一些成熟的地图构建算法、定位导航算法、行人跟踪算法等得到了快速的发展和广泛的应用。

3、智能空间技术是提高移动机器人智能性的重要渠道。智能空间技术把感知器件、执行器件分布地安装在空间中相应的位置，实现对空间内部人和物的全面感知，从而通过执行器实现相应的服务任务，同时能够为机器人提供更加完备的环境信息，使得机器人本身可以降低对于本体携带感知器件的要求，在未知或半未知的动态环境中实现更加快捷、准确和稳定的服务工作。

4、行人建模是实现人机共融导航的基础。行人建模经典的模型有人际距离模型(Proxemics)和社交力模型(Social force model)，前者经常被用于舒适性距离建模但不能对行人进行运动建模，后者建立运动力学模型对行人进行运动建模，但是该模型缺点是依赖环境内全部的行人信息；很多学者对行人进行意图建模，如基于贝叶斯理论进行行人交互意图识别、行人运动目标点推理等等，但是意图识别存在复杂性、随机性等问题，因此目前人机共融导航大多建立在运动建模基础上，如对行人运动模式进行分类学习、利用轨迹预测改进路径规划方法等等。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种室内移动机器人人机共融导航装置及方法，首先基于全局范围的行人感知进行个人空间和群组交互的社会代价建模，然后基于行人轨迹预测生成包含预测阶段不同时刻社会代价的多层动态代价地图，为全局路径规划提供预测阶段的社会约束信息。全局路径规划器在动态代价地图基础上定义代价函数进行最优状态的启发式搜索，考虑到启发式搜索计算量大和轨迹预测时长的限制，引入“规划-预测-执行”时序周期进行动态规划，提高对动态环境的适应能力。

上述的目的通过以下技术方案实现：

一种室内移动机器人人机共融导航装置，包括：行人建模模块、动态代价地图、全局路径规划器、机器人和室内视觉传感器：

行人建模模块：行人建模模块用于将行人感知信息转换为全局路径规划器搜索图需要的代价地图，借助激光传感器和多RGB-D传感器进行全局的行人感知，通过行人位姿信息和群组识别信息实现社会代价建模，并通过轨迹预测生成未来若干时刻的多层社会代价地图；