[发明专利]基于开关信号的移动机器人混合避障控制方法

说明书

本发明涉及一种基于开关信号的移动机器人混合避障控制方法，属于机器人技术领域。该方法包括步骤：S1，在机器人感知范围内分别将无障碍区域和障碍区域分别定义为吸引力向量和排斥向量；S2，在切换表面上建立开关信号1，使机器人有效避开障碍物并减少避障时间；在开关信号1的基础上建立开关信号2，其目的在于减少机器人抖动并阻止控制系统无限次切换；S3，通过设定不同控制行为，使得机器人不需要预先检验障碍物或考虑局部最小值颤动；S4，在开关信号控制下，形成混合避障控制方法来保证机器人正确地避开障碍物并避免自身抖动。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，涉及基于开关信号的移动机器人混合避障控制方法。

背景技术

机器人导航三要素为：“我是谁？我在哪？我要去哪？”，机器人对外界环境的感知主要依靠自身传感器，在未知环境中目标点不在机器人传感器的探测范围之内，需要一个智能导航系统协助机器人运动。通过借鉴仿生行为，可以联想到机器人是不是也可以有同样的仿生运动，在未知环境下可以实时进行导航避障。

对于已知目标行为，给定机器人一个目标点，它将计算现在所在位置与目标点之间的距离和角度并引导机器人运动。在机器人行走过程中往往会遇到各种障碍物比如凹凸面物体。在完全未知的环境中，如何快速高效避免障碍物是机器人必须具备的行为，避免障碍物的有效方法至关重要，解决此问题的先前方法包括人工势场法和路线图方法等。APF会受到局部最小值的限制，另外，如果机器人接近障碍物或在狭窄通道中移动时，会出现颤振或振荡，为了纠正振荡，控制器的采样率必须很小，导致机器人必须低速移动，这样可能会使机器人工作效率降低。路线图法需要预先了解导航环境，并需要大量的计算时间和硬件资源。机器人避障的问题通常在欧几里德空间形式化，但是，机器人的配置空间是特殊的欧几里德空间。此外，目前使用的是非完整机器人系统，因此，为了解决避障问题，必须考虑机器人的速度约束和航向角度等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于开关信号的移动机器人混合避障控制方法，可以解决机器人在避障过程中出现自身抖动和效率低的问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于开关信号的移动机器人混合避障控制方法，包括以下步骤：

S1：在非完整系统下构建机器人模型，在机器人感知范围内分别将无障碍区域和障碍区域分别定义为吸引力向量和排斥向量；

S2：在切换表面上建立开关信号1，使机器人有效避开障碍物并减少避障时间；在开关信号1的基础上建立开关信号2，用于减少机器人抖动并阻止控制系统无限次切换；

S3：通过设定不同控制行为，使得机器人不需要预先检验障碍物或考虑局部最小值颤动；

S4：在开关信号控制下，形成混合避障控制方法来保证机器人正确地避开障碍物并避免自身抖动。

可选的，在所述步骤S1中，非完整系统下构建机器人模型，机器人运动方程表达为：

其中，θ表示全局坐标下特定方向，v和w分别表示机器人的线速度和角速度，为表示混合避障控制规律，定义一组连续且平滑的饱和函数σ(x)，且满足以下的性质：

其中，饱和函数σ(x)＝tanh(x)。

可选的，所述步骤S2和步骤S3中，在切换表面上建立开关信号1，并在开关信号1的基础上建立开关信号2，设定不同控制行为，具体步骤为：

首先设定吸引函数对应的吸引矢量为：

其中x_rg＝x_g-x，y_rg＝y_g-y；