[发明专利]一种基于惯导与激光雷达测量的机器人切线避障方法

说明书

本发明是关于一种基于惯导与激光雷达测量的机器人切线避障方法。其采用IMU‑800型光纤陀螺惯性测量单元与RPLIDAR A3型激光雷达对机器人与障碍物的位置信息进行解算与测量，通过以障碍物为圆心的圆的切线方向，按照最短距离的原则求解每个障碍物的理想规避速度方向，同时通过与障碍物的距离信息得到威胁因子，直接对理想规避速度方向按照威胁因子进行叠加，得到总的理想规避速度方向，然后进行积分解算，得到自动避障的航路规划轨迹。该方法的优点在于比传统势力场叠加的方法更为直接简单，而且能够避免极小值与不可达问题。

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体而言，涉及一种基于惯导与激光雷达测量的机器人切线避障方法。

背景技术

随着科学技术的不断进步和制造工艺的提高，机器人在军事、运输、救援、商业、娱乐、农业等领域的应用越来越广泛。机器人在执行任务的过程中，合理规划路径、有效躲避障碍物、提高工作效率是前提。因此，机器人路径规划研究成为当今主要研究热点之一。机器人路径规划研究算法主要有经典路径规划算法、智能路径规划算法，其中人工势场法作为一种简单高效的经典路径规划方法，得到广泛的研究与应用。人工势场法在1985年由Khatib首次提出，并将之应用于机械臂的避碰问题。S.Akishita等人在改进该方法后，将其应用于机器人的路径规划，该方法的优点是在提高时效性的同时，有效降低了路径规划的难度，但该路径规划方法仍然存在极小值和目标点不可达等问题。基于上述原因，本发明提出了一种采用惯导与激光雷达对自身位置与障碍物进行测量，并采用切线避障、威胁因子叠加合成总速度的方法，避免了极小值与目标点不可达问题，从而实现了机器人的自动避障与路线规划。

需要说明的是，在上述背景技术部分发明的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于惯导与激光雷达测量的机器人切线避障方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷导致的极小值问题与不大到达问题。

根据本发明的一个方面，提供一种基于惯导与激光雷达测量的机器人切线避障方法，包括以下步骤：

步骤S10，在避障机器人上安装IMU-800型光纤陀螺惯性测量单元，对避障机器人的水平运动加速度进行测量，并进行两次积分，得到避障机器人的实时位置坐标与实时速度信息；

步骤S20，在避障机器人上安装RPLIDAR A3型激光雷达，测量障碍物的角度与距离信息；

步骤S30，根据所述安装的RPLIDAR A3型激光雷达对避障机器人周边范围内的障碍物进行实时测量并记录障碍物位置信息，以及进行坐标系转换得到障碍物的实时坐标；

步骤S40，根据RPLIDAR A3型激光雷达提供的障碍物边缘信息，估算障碍物的半径，并设置规避区域半径；

步骤S50，设置避障机器人的期望速度为V，根据RPLIDAR A3型激光雷达提供的障碍物质心位置极坐标信息与规避区域半径，判断是否进入规避区；

步骤S60，根据所述的需要规避的障碍物，按照切线法最短距离逃逸的原则，解算每个障碍物的理想规避速度方向；

步骤S70，根据机器人离障碍物边缘的距离，解算每个障碍物的威胁距离，然后根据威胁距离，求解每个障碍物的威胁因子，最后根据威胁因子的叠加，解算总的理想规避速度方向；

步骤S80，根据所述的总的理想规避速度方向与期望速度大小，进行理想位置解算，得到机器人进行自动避障的自动生成轨迹，从而完成整个机器人的自动轨迹规划与避障任务。

在本发明的一种示例实施例中，安装IMU-800型光纤陀螺惯性测量单元，对避障机器人的水平运动加速度进行测量，并进行两次积分，得到避障机器人的实时位置坐标与实时速度信息包括：