[发明专利]突发事件下机器人地图构建与在线规划方法

说明书

本发明公开了一种突发事件下多栖机器人地图构建与在线规划方法，该方法首先构建栅格尺度地图；采用贝叶斯更新的方法，更新栅格地图的不确定度；接着根据多传感器信息融合检测突发事件，并确定地图中突发事件位置；其次在实时地图上突发事件检测点周围邻域点，以二维正态分布规律更新突发事件信息；最后对构建的实时地图信息映射，并基于运动模型的安全性计算安全状态。本发明能够实时构建出突发事件下的环境地图，并拓展了地图信息，提高了突发事件下的规划频率并规划出较为平滑的路径。

技术领域

本发明属于多栖机器人技术，具体为一种突发事件下机器人地图构建与在线规划方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展，机器人也越来越智能化。机器人可以在更复杂和危险的环境下代替人类去完成特定的任务。跨域多栖机器人可以水陆空多种环境下执行侦查、监视、跟踪等任务，其具有风险性小、隐蔽性好、低能耗、跨域机动能力强和适应性高等优势，具有广阔的应用前景。在多栖机器人执行任务的过程中，将会面临复杂的跨域环境，并且环境中也会存在着突发的弹坑、打滑、受阻、障碍等一系列突发状况。这需要跨域机器人有环境建模能力与智能路径规划的能力。

国内外近年来展开了一些跨域机器人的研究，在实时定位、障碍检测、路径规划等方面取得了一定的成果。但是现有的地图构建与实时规划还是存在一定的局限性：传统的自主系统的决策规划层频率较低，不能满足底层控制系统的实时性问题；传统的环境感知缺少多传感器信息融合，环境特征表示单一等问题。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种突发事件下多栖机器人地图构建与在线规划方法。

实现本发明的技术解决方案为：一种突发事件下机器人地图构建与在线规划方法，具体步骤为：

步骤1：构建栅格尺度地图；

步骤2：采用贝叶斯更新的方法，更新栅格地图的不确定度；

步骤3：根据机器人内部观测值检测突发事件，并确定地图中突发事件位置；

步骤4：在实时地图上突发事件检测点周围邻域点，以二维正态分布规律更新突发事件信息；

步骤5、对构建的实时地图信息进行映射并计算安全状态，当处于高安全状态时，对机器人路径做DWA规划即动态窗口法规划，将角速度与速度命令发给控制器；当处于低安全状态时，采用安全区域搜索策略，寻找高安全区域，将角速度与速度命令发送给控制器。

优选地，构建栅格尺度地图的具体方法为：

以移动机器人的当前位置作为原点，沿NED坐标系的方向构建出表示环境信息的栅格尺度地图，设定栅格的区间值，并在区间值中划分出各个栅格状态所处区间值。

优选地，所述栅格状态包括障碍占据、受阻占据、打滑占据、弹坑占据和未占据状态。

优选地，采用贝叶斯更新的方法，更新栅格地图的不确定度的具体步骤为：

对所有栅格进行遍历计算更新估计值，将更新估计值与原栅格先验概率做比较，确定需要更新的栅格的；

使用每次更新中产生的更新估计值替代原始图中需要更新的栅格的值。

优选地，更新估计值的计算公式为：

式中，代表传感器能够返回占据栅格单元数据状态的条件概率，表示先验栅格地图占据单元的先验概率。

优选地，根据机器人内部观测值检测突发事件，并确定地图中突发事件位置的具体方法为：

打滑事件位置与方向确定方法为：比较机体的轮速里程和地速里程，当两者偏差大于设定阈值时，判断是否有地速里程，当没有地速里程时，确定此时处于打滑状态，记录当前位置为打滑事件位置，当前机体朝向为打滑事件方向；