[发明专利]一种移动机器人脱离U形障碍陷阱的避障方法及系统

权利要求书

1.一种移动机器人脱离U形障碍陷阱的避障方法，其特征在于，包括以下步骤：

机器人陷入U形障碍陷阱，启动沿墙行为；

根据当前机器人航向与目标航向的转角，确定初次沿墙行为的模式；

当机器人当前位置与之前任一次沿墙行为起点位置的差值小于预设值时，机器人启用与所述之前任一次沿墙行为对应相反的沿墙行为模式；所述沿墙行为的模式包括沿左墙行为模式和沿右墙行为模式；

直至机器人脱离U形障碍陷阱，退出沿墙行为；其中，

所述机器人运动状态同时满足下述情形，确定所述机器人脱离U形障碍陷阱，退出沿墙行为模式：

①

②连接机器人当前位置与目标点的线段与沿墙运动航迹不相交；

③TickCount≥T_stop；

其中，为转角限幅函数，其具体表达式为：

θ_g为目标位置X_g与X轴的夹角，为机器人航向与X轴的夹角；

TickCount是监视时钟，T_stop为预设的周期个数。

2.根据权利要求1所述的一种移动机器人脱离U形障碍陷阱的避障方法，其特征在于，所述机器人陷入U形障碍陷阱包括机器人出现震荡运动现象或机器人出现绕圈运动现象；

当||X_r(t+ΔT_l)-X_r(t)||＜ε₁时，机器人出现震荡运动现象；

当时，机器人出现绕圈运动现象；

其中，在XOY笛卡尔直角坐标系中，X_r(t)为机器人在t时刻的二维位置，X_r(t+ΔT_l)为机器人经过ΔT_l时间段后的位置坐标，所述ε₁为预设距离阈值。

3.根据权利要求2所述的一种移动机器人脱离U形障碍陷阱的避障方法，其特征在于，所述预设距离阈值ε₁的具体表达式为：

ε₁＝γu_minΔT_l

其中，γ∈[0,1]，u_min是机器人的最小运动速度，为机器人系统参数。

4.根据权利要求1所述的一种移动机器人脱离U形障碍陷阱的避障方法，其特征在于，所述根据机器人航向与目标航向的转角，确定沿墙行为模式，具体方法为：

当所述转角限幅函数满足时，启用沿左墙行为模式，此时沿墙行为模式标志为flag_fw＝1；

当所述转角限幅函数满足时，启用沿右墙行为模式，此时沿墙行为模式标志为flag_fw＝-1。

5.根据权利要求1所述的一种移动机器人脱离U形障碍陷阱的避障方法，其特征在于，还包括记录机器人每个沿墙行为的起点位置X_s、沿墙行为模式标志flag_fw和沿墙运动航迹；

当||X_r(t)-X_s||＜ε₂时，置反与所述X_s对应的沿墙行为标志flag_fw，根据所述置反后的沿墙行为模式标志flag_fw确定沿墙行为模式；否则，保持当前的沿墙行为模式；

其中，所述预设值ε₂的取值范围为1m～3m。

6.根据权利要求1所述的一种移动机器人脱离U形障碍陷阱的避障方法，其特征在于，所述TickCount监视时钟为沿墙行为模式的保护机制，在沿墙行为模式开始的同时启用所述TickCount监视时钟，TickCount按决策周期时间累计周期个数，当TickCount超出预设的周期个数T_stop，保护失效。

7.一种移动机器人脱离U形障碍陷阱的避障系统，其特征在于，包括：

沿墙行为启动模块，用于在机器人陷入U形障碍陷阱时，启动沿墙行为；

沿墙行为模式确定模块，用于根据机器人航向与目标航向的转角，确定初次沿墙行为的模式；并用于在机器人当前位置与之前任一次沿墙行为起点位置的差值小于预设值时，机器人启用与所述之前任一次沿墙行为对应相反的沿墙行为模式；所述沿墙行为的模式包括沿左墙行为模式和沿右墙行为模式；

沿墙行为退出模块，用于在机器人脱离U形障碍陷阱，退出沿墙行为；其中，

所述沿墙行为退出模块，在机器人运动状态同时满足下述情形，确定所述机器人脱离U形障碍陷阱，退出沿墙行为模式：

①

②连接机器人当前位置与目标点的线段与沿墙运动航迹不相交；

③TickCount≥T_stop；

其中，在XOY笛卡尔直角坐标系中，θ_g为目标位置X_g与X轴的夹角，为机器人航向与X轴的夹角，为转角限幅函数，其具体表达式为：

TickCount为监视时钟，T_stop为预设的周期个数。