CN105538309A - 一种有限传感能力的机器人障碍物动态识别算法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有限传感能力的机器人障碍物动态识别方法，其特征是，包括如下步骤：1)机器人探测真实障碍物，并计算探测范围内真实障碍物的最大宽度，得到边界点A和B，坐标分别为qA和qB；2)对步骤1)得到的两点坐标进行虚拟障碍物l(ζ)；3)机器人根据步骤2)得到的虚拟障碍物l(ζ)的坐标进行绕行，并不断地进行步骤1)中的探测。本发明所达到的有益效果：本方法基于圆盘传感约束模型，模拟有限传感能力的机器人渐进障碍物探测的真实过程进行数学建模，不减小规划自由度，不降低导航控制器精度，而且能够保证在后续的导航控制器建模中避障的部分的连续性。

Description

一种有限传感能力的机器人障碍物动态识别算法
技术领域
本发明涉及一种有限传感能力的机器人障碍物动态识别方法，属于机器人避障技术领域。
背景技术
在实际应用中，机器人的通信或者传感能力通常是有限的。
对于有限传感及通信能力的机器人而言，未知障碍物的探测及识别与探测过程通常是渐进式的，即不可能瞬时探测到障碍物的全貌。在实际的导航控制器建模过程中，为了保证导航控制器的连续性并出于简化处理的目的，通常采用脱离物理实际的连续的数学假设模型来描述障碍物的识别及探测过程，或者直接将障碍物描述为一个已知大小的点来处理。
以上两种方式对未知障碍物的探测建模，均会给导航控制器建模带来不准确性或者不连续，导致机器人在导航过程中规划自由度减小，精度下降，出现碰撞风险，甚至系统不稳定等问题。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种有限传感能力的机器人障碍物动态识别方法，基于圆盘传感约束模型，模拟有限传感能力的机器人渐进障碍物探测的真实过程进行数学建模，不减小规划自由度，不降低导航控制器精度。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种有限传感能力的机器人障碍物动态识别方法，其特征是，包括如下步骤：
1)机器人探测真实障碍物，并计算探测范围内真实障碍物的最大宽度，得到边界点A和B，坐标分别为qA和qB；
2)对步骤1)得到的两点坐标进行虚拟障碍物虚拟障碍物相对机器人的坐标为其中：为该虚拟障碍物的中心点坐标；为该虚拟障碍物的半径大小；
3)机器人根据步骤2)得到的虚拟障碍物的坐标进行绕行，并不断地进行步骤1)中的探测。
前述的有限传感能力的机器人障碍物动态识别算法，其特征是，所述步骤1)中探测采用超声传感器或视觉传感器或激光传感器。
前述的有限传感能力的机器人障碍物动态识别算法，其特征是，所述机器人的探测范围为圆形。
本发明所达到的有益效果：本方法基于圆盘传感约束模型，模拟有限传感能力的机器人渐进障碍物探测的真实过程进行数学建模，不减小规划自由度，不降低导航控制器精度，而且能够保证在后续的导航控制器建模中避障的部分的连续性。
附图说明
图1(a)-(d)是机器人对障碍物的渐进探测过程；
图2是论证本方法合理性的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明的核心思路是：用一个虚拟的圆盘形状虚拟障碍物来描述真实障碍物被探测到的部分，即附图1中的虚线圆与点画线圆交叉的部分。
附图1和2中，真实的障碍物用点画线圆描述，虚线圆表示机器人的传感范围，其圆心是机器人中心位置，即位于圆心的机器人能探测到该圆圈范围以内的障碍物。
附图1(a)-(b)-(c)-(d)显示了机器人对障碍物的渐进探测过程。虚线圆与点画线圆交叉的部分即为机器人能探测到的障碍物部分。
由图1可见，随着机器人与被探测障碍物之间距离的减小，虚线圆与点画线圆交叉的部分由最初始的一个点，越来越大，直至完全覆盖被探测的障碍物。
为了保证避障效果，上述虚拟障碍物定义必须能够保证完全覆盖真实障碍物被探测到的部分，即图1中虚线圆与点画线圆交叉的部分。所述虚拟障碍物满足上述完全覆盖条件，下面对这一点进行论证：
如图2所示，设A′和B′两点为劣弧AA′B和AB′B上的任意两点，则在三角形和中，有
其中，为真实障碍的中心位置，为虚拟障碍物的中心位置，d(·)代表欧几里得距离。
同样的方式，在三角形和中，可得其中qi为机器人的中心位置。
综上，可得即从虚拟障碍物中心出发到障碍物被探测到的部分(图1中虚线圆与点画线圆交叉的部分)的边界上的任意一点的距离，均小于所述虚拟障碍物的半径也就是说，虚拟障碍物能够保证完全覆盖真实障碍物被探测到的部分。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种有限传感能力的机器人障碍物动态识别方法，其特征是，包括如下步骤：
1)机器人探测真实障碍物，并计算探测范围内真实障碍物的最大宽度，得到边界点A和B，坐标分别为qA和qB；
2)对步骤1)得到的两点坐标进行虚拟障碍物虚拟障碍物相对机器人的坐标为其中：为该虚拟障碍物的中心点坐标；为该虚拟障碍物的半径大小；
3)机器人根据步骤2)得到的虚拟障碍物的坐标进行绕行，并不断地进行步骤1)中的探测。
2.根据权利要求1所述的有限传感能力的机器人障碍物动态识别算法，其特征是，所述步骤1)中探测采用超声传感器或视觉传感器或激光传感器。
3.根据权利要求1所述的有限传感能力的机器人障碍物动态识别算法，其特征是，所述机器人的探测范围为圆形。
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