CN106569491A - 一种机器人避障轨迹规划方法 - Google Patents

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    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
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    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
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Abstract

本发明公开了一种机器人避障轨迹规划方法，基于速度驱动获取机器人无碰轨迹的速度向量场是通过控制机器人的运行速度实现无碰运动的，主要包括吸引速度向量场，排斥速度向量场和环绕速度向量场在有障碍物的环境下，机器人按照一定的算法获取从初始点到目标点的无碰撞运动轨迹。本发明使用扫掠球法对机器人与障碍物进行简化，计算二者的最短距离，通过建立基于人工势场的速度向量场算法得到无碰轨迹，并用指数速度场对其速度进行优化。

Description

一种机器人避障轨迹规划方法
技术领域
本发明涉及一种机器人避障轨迹规划方法，属于机器人控制技术领域。
背景技术
目前，随着计算机技术和网络技术的飞速发展，机器人远程控制可以使操作人员远离危险性的操作环境，实现机器人网络集成控制，提高经济效益。
移动机器人实现自主导航的关键要求就是避障，避障是指移动机器人根据采集的障碍物的状态信息，在行走过程中通过传感器感知到妨碍其通行的静态和动态物体时，按照一定的方法进行有效地避障，最后达到目标点。那么如何规划避障路线就成了研究的关键。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种机器人避障轨迹规划方法。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种机器人避障轨迹规划方法，包括如下步骤：
步骤一：计算吸引速度向量场，吸引速度向量场保证机器人始终朝向目标点运动，吸引速度的设定通常与机器人、障碍物间的最小距离相关；在机器人进行一般避碰任务时，将吸引速度设定为恒定速度Vs，吸引速度的方向为：其中，为始终由机器人当前位置PR指向目标点PG的向量；
步骤二：计算排斥速度向量场，排斥速度向量场保证机器人不与障碍物发生碰撞；
其中，α、β为排斥系数，e为自然底数，do为机器人与障碍物的最近距离，θrep为其方向角，使用指数规律变化的排斥速度向量场，机器人进入排斥场时可避免速度突变，接近障碍物时能以排斥速度避开障碍物；
步骤三：当机器人、障碍物、目标点在一条直线上时，吸引速度和排斥速度可能相互抵消，机器人会停滞在某个中间点；为避免这种局部最小问题，同时提高机器人的避障速度，提出环绕速度向量场如下：
其中，θT＝θrep±90°。
有益效果：本发明提供的一种机器人避障轨迹规划方法，在有障碍物的环境下，机器人按照一定的算法获取从初始点到目标点的无碰撞运动轨迹。本发明使用扫掠球法对机器人与障碍物进行简化，计算二者的最短距离，通过建立基于人工势场的速度向量场算法得到无碰轨迹，并用指数速度场对其速度进行优化。
具体实施方式
一种机器人避障轨迹规划方法，包括如下步骤：
步骤一：计算吸引速度向量场，吸引速度向量场保证机器人始终朝向目标点运动，吸引速度的设定通常与机器人、障碍物间的最小距离相关；在机器人进行一般避碰任务时，将吸引速度设定为恒定速度Vs，吸引速度的方向为：其中，为始终由机器人当前位置PR指向目标点PG的向量；
步骤二：计算排斥速度向量场，排斥速度向量场保证机器人不与障碍物发生碰撞；
其中，α、β为排斥系数，e为自然底数，do为机器人与障碍物的最近距离，θrep为其方向角，使用指数规律变化的排斥速度向量场，机器人进入排斥场时可避免速度突变，接近障碍物时能以排斥速度避开障碍物；
步骤三：当机器人、障碍物、目标点在一条直线上时，吸引速度和排斥速度可能相互抵消，机器人会停滞在某个中间点；为避免这种局部最小问题，同时提高机器人的避障速度，提出环绕速度向量场如下：
其中，θT＝θrep±90°。
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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种机器人避障轨迹规划方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：计算吸引速度向量场，吸引速度向量场保证机器人始终朝向目标点运动，吸引速度的设定通常与机器人、障碍物间的最小距离相关；在机器人进行一般避碰任务时，将吸引速度设定为恒定速度Vs，吸引速度的方向为：其中，为始终由机器人当前位置PR指向目标点PG的向量；
步骤二：计算排斥速度向量场，排斥速度向量场保证机器人不与障碍物发生碰撞；
其中，α、β为排斥系数，e为自然底数，do为机器人与障碍物的最近距离，θrep为其方向角，使用指数规律变化的排斥速度向量场，机器人进入排斥场时可避免速度突变，接近障碍物时能以排斥速度避开障碍物；
步骤三：当机器人、障碍物、目标点在一条直线上时，吸引速度和排斥速度可能相互抵消，机器人会停滞在某个中间点；为避免这种局部最小问题，同时提高机器人的避障速度，提出环绕速度向量场如下：
&Delta;x r e p = - si g n ( cos ( &theta; r e p ) ) &CenterDot; &infin; &Delta;y r e p = - s i g n ( sin ( &theta; r e p ) ) &CenterDot; &infin; , d o < r o b s &Delta;x r e p = - &beta; &CenterDot; &lsqb; e &lsqb; ( R - d o ) / 10 - 1 &rsqb; + e &lsqb; a &CenterDot; ( R - d o ) &prime; / 10 - 1 &rsqb; &rsqb; &CenterDot; cos ( &theta; T ) &Delta;y r e p = - &beta; &CenterDot; &lsqb; e &lsqb; ( R - d o ) / 10 - 1 &rsqb; + e &lsqb; a &CenterDot; ( R - d o ) &prime; / 10 - 1 &rsqb; &rsqb; &CenterDot; sin ( &theta; T ) , r o b s &le; d o &le; R &Delta;x r e p = &Delta;y r e p = 0 , d o > R
其中，θT＝θrep±90°。
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