[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

说明书

本发明涉及一种移动机器人脱离U形障碍陷阱的避障方法及系统，属于移动机器人避障领域，解决了现有技术避障成功率低的问题。该方法包括以下步骤：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，机器人启用与之前任一次沿墙行为对应相反的沿墙行为模式；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。实现了提高移动机器人脱离U形陷阱障碍陷阱的成功率。

技术领域

本发明涉及移动机器人避障技术领域，尤其涉及一种移动机器人脱离U形障碍陷阱的避障方法及系统。

背景技术

移动机器人在复杂环境运动时，墙壁和其他障碍物往往是U形结构环境，由于机器人视野局限性和缺乏先验知识，极易对机器人构成一种U形障碍陷阱。U形障碍陷阱是在局部障碍和目标点的双重作用下产生的，会导致机器人运动出现震荡或沿一闭合航线往返移动而无法到达目标点。

脱离U形障碍陷阱是移动机器人避障研究中的一个重要研究内容。针对此问题有许多改进方法，可引入随机逃脱、全局搜索、沿墙运动等策略脱离U形障碍陷阱。随机逃脱策略随机性大，可靠性低，全局搜索依赖全局先验知识。在确保有限沿墙路径长度的前提下，沿墙运动是摆脱U形障碍环境的一种有效处理机制。机器人沿墙运动的行为功能是暂时放弃目标导引，只跟随U形障碍陷阱的轮廓线运动，直到脱离U形障碍陷阱结束。传统沿墙运动方法，机器人通过沿着障碍物边缘单向运动，逃离U形障碍陷阱，简单实用，且在一定程度上可以保证规划的完备性。但单向沿墙运动规则简单，只能应对简单U形障碍，面对复杂多样的U形障碍，脱离局部陷阱的成功率低。

现有技术存在以下缺点：一是随机逃脱策略随机性大，可靠性低，全局搜索依赖全局先验知识；二是传统沿墙运动方法，机器人只能沿障碍物边缘单项运动，面对复杂多样的U形障碍，脱离局部陷阱的成功率低。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种移动机器人脱离U形障碍陷阱的避障方法及系统，用以解决现有避障技术脱离U形障碍陷阱成功率低的问题。

一方面，本发明提供了一种移动机器人脱离U形障碍陷阱的避障方法，具体步骤为：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，机器人启用与之前任一次沿墙行为对应相反的沿墙行为模式；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。

进一步的，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，ε₁为预设距离阈值，为转角限幅函数，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。

进一步的，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。

进一步的，转角限幅函数的具体表达式为：