[发明专利]一种自主路径规划与避障系统及方法

说明书

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种自主路径规划与避障系统。包括：信息获取模块、避障模块和路径规划模块；信息获取模块包括：用于获取机器人瞬时位置的GPS，用于获取机器人移动方向的航向传感器；用于获取周围环境信息的超声波传感器；避障模块包括自适应神经模糊推理系统，用于根据接收到的信息获取模块测得的信息求得机器人需要偏转的角度；本发明是将自适应神经模糊推理系统与传感器融合来帮助机器人在未知环境中进行自主路径规划与避障，方法适应性强；路径规划和避障过程以语言方式处理，应用此方法可以使人类更容易理解；所提出的方法仅使用一个ANFIS控制器和27条规则即可进行精准的局部路径规划，计算量小。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种自主路径规划与避障系统及方法。

背景技术

路径规划与避障是限制移动机器人行动能力的重要因素，目前自主规划路径与避障主要有两种实现方式，一种通过模糊逻辑在单独用于移动机器人完成任务，该方法假定所有障碍物具有相同的形状和大小且所有障碍物都是静止的，机器人只遵循预定义的轨迹，该方法另一种实现方式是通过传感器精确测量障碍物的中心以实现路径规划，但由于此种方法需要处理的数据量过大，需要清楚得知全局的静态地图，实际应用中很难实现；另一种是应用自适应神经模糊推理系统(ANFIS)完成移动机器人路径规划与避障任务，但该类型方法需要通过多个控制器和很多的规则来执行自主路径规划与避障任务，处理的数据量大，而且只能对具有规则形状的障碍物进行避障，已提出的该类型方法对新环境的适应性低、对杂乱环境的计算量大、数据融合困难。

发明内容

为了解决现有技术中存在的需要关于环境和障碍的信息、计算量大、以及只能按预定义轨迹运行的问题，本发明提供了一种自主路径规划与避障系统及方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种自主路径规划与避障系统，包括：信息获取模块、避障模块和路径规划模块；

所述信息获取模块包括：用于获取机器人瞬时位置的GPS、，用于获取机器人移动方向的航向传感器；用于获取周围环境信息的超声波传感器；GPS、航向传感器和超声波传感器安装在机器人上；

避障模块，包括：自适应神经模糊推理系统，用于根据接收到的信息获取模块测得的信息求得机器人需要偏转的角度；

路径规划模块，根据信息获取模块及避障模块调整机器人的航向。

优选的，所述超声波传感器数量为三个，分别安装在机器人的右、中、左三个部分。

一种自主路径规划与避障方法，包括以下步骤：

S1.利用信息获取模块获取机器人的位置、移动方向以及周围的环境信息；

S2.判断机器人与障碍物距离的远近，若距离为近，则执行步骤S3，若距离为中或远，则执行步骤S4；

S3.利用避障模块控制机器人转向，转向之后执行步骤S1；

S4.利用路径规划模块调整机器人的航向。

S5.判断机器人是否到达目标位置，若到达目标位置运动结束，若没有到达目标位置则执行步骤S1。

优选的，所述步骤S2分别预设近、中、远对应的距离范围，将信息获取模块获取到的机器人与障碍物之间的距离数据信息与对应的近、中、远预设距离范围对比，判断机器人与障碍物之间的距离为近、中、远中的一个。

优选的，所述步骤S3避障模块的自适应神经模糊推理系统包括输入层、模糊化层、裁决层、归一化层、评价层和去模糊化层；输入层包括右、中、左三个超声波传感器获得的机器人与障碍物之间的距离数值；裁决层、归一化层和评价层中都含有27个节点。

优选的，所述模糊化层利用隶属函数确定每个节点数值相对于预设的近距离范围的隶属度值，隶属函数计算公式为：