CN108544490B

CN108544490B - 无人驾驶智能机器人道路避障方法

Info

Publication number: CN108544490B
Application number: CN201810009230.2A
Authority: CN
Inventors: 杜元源
Original assignee: Hongyang Technology Hongkong Industrial Co ltd; Guangdong Leiyang Intelligent Technology Co ltd
Current assignee: Hongyang Technology Hongkong Industrial Co ltd; Guangdong Leiyang Intelligent Technology Co ltd
Priority date: 2018-01-05
Filing date: 2018-01-05
Publication date: 2021-02-23
Anticipated expiration: 2038-01-05
Also published as: CN108544490A

Abstract

本发明公开了一种无人驾驶智能机器人道路避障方法，涉及机器人控制方法技术领域。所述方法包括如下步骤：采用传感器测量运输车与障碍物之间的实时距离，然后将上述距离转换为障碍物的图像；利用以上获得的图像，对运行路径进行规划，并将指定的运行路径以外的范围全部作为障碍物区间；根据以上规划的的路径控制所述运输车进行运动。将所述方法运用到机器人的运动控制中，使得所述机器人在公共场所里，能够安全移动。

Description

无人驾驶智能机器人道路避障方法

技术领域

本发明涉及机器人控制方法技术领域，尤其涉及一种无人驾驶智能机器人道路避障方法。

背景技术

机器人在运行过程中，用激光等传感器对周围进行探测，对实际存在的障碍物检测，判断是否可以安全通过。根据判断的结果采取适当的操作方式，安全行驶。为了回避障碍物，机器人根据目前状况，计划运行道路时、一般需要通过多项式运算选择道路，包括运用代表性的潜在方法（potentialmethod），假定设置引力和排斥力，设计机器人的运行道路。

如果按照以上的方法，在公共场所、机器人在广泛的区域间，无限制地自由运行，将频繁地探测到障碍物，尤其是在载有乘坐者时，移动的状态会影响乘车的价值和降低乘车效果。在计算道路轨道时，需要大量，复杂的运算。尤其是在实际运用中，为了应对随机的变化，重复性的计算增加，占用计算机大量的功能设备，同时也给机器人在误差控制方面带来困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种在公共场所里能够安全控制的无人驾驶智能机器人道路避障方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种无人驾驶智能机器人道路避障方法，其特征在于包括如下步骤：

采用传感器测量运输车与障碍物之间的实时距离，然后将上述距离转换为障碍物的图像；

利用以上获得的图像，对运行路径进行规划，并将指定的运行路径以外的范围全部作为障碍物区间；

根据以上规划的的路径控制所述运输车进行运动。

进一步的技术方案在于：在道路规划阶段，预先对运行区间和运行区间以外的区间进行规划。

进一步的技术方案在于：在运行区间存在复数个开始通过点和目标通过点，根据以上通过点，指定路径的宽幅。

进一步的技术方案在于：在运输车运行状态时，假设路径空间自身范围为4米-6米，在这个范围内，检测结果显示为障碍物时，将回避障碍物；避障移动时，设定自动运输车的移动距离，在设定移动距离时，以路径的中心线为准，选取最靠近当前的目的地点的坐标；当所述机器人朝着当前的目的地点移动时，探测的自身的一定范围如果定义为正方形，那么在正方形中，距离目的地最短的距离方向，可能是正方形的某个角落，那么运行将出现向一侧偏的现象，此时选择以机器人为中心的圆形范围作为探测的自身的一定范围，即，以机器人为中心的圆形的范围中，运行的任何方向都是等长，此时控制机器人沿着路径的中心线运行。

进一步的技术方案在于：在目的地与机器人之间，设定可以避开障碍物的架空目的地点，按照如下步骤，控制机器人追随这个点运行：在与障碍物保持一定距离之处，设定架空的目的地点；在运行时机器人、架空目的地点以及目的地点之间的距离不断更新，保持最短距离，为了一直保持以上三点之间的最短距离，在连续避障的过程中，将随时更新架空目的地点。

进一步的技术方案在于，架空目的地点的具体求解方法如下：

目的地点：点A，与机器人的位置点：点B之间，障碍物的领域：回避领域C，最短距离经由地点：点D；

前述、以点B与点D的连接线E为中心、±45°的范围：领域F的范围。求解障碍物领域C与点B最近的点G；

直线E通过垂直交叉点G、进入禁止区域H的圆弧上的交点：点I，既是所要求结果，点I设定为架空目的地点；

机器人的路径向点I倾斜、选择道路J，确定最新的运行路经。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：将所述方法运用到机器人的运动控制中，使得所述机器人在公共场所里，能够安全移动。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例所述方法中运行区间的示意图；

图2是本发明实施例所述方法中运行区间的示意图；

图3是本发明实施例所述方法中运行方向的示意图；

图4是本发明实施例所述方法中运行方向的示意图；

图5是本发明实施例所述方法中避障运动的示意图；

图6是本发明实施例所述方法中避障运动的示意图；

图7是本发明实施例所述方法中求解流程图；

图8是本发明实施例所述方法中改变路经的示意图；

图9是本发明实施例所述方法中诱导机器人的运行方向示意图；

图10是本发明实施例所述方法中急剧地改变运行方向的示意图；

图11是本发明实施例所述方法的流程图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，本发明实施例公开了一种无人驾驶智能机器人道路避障方法，包括如下步骤：

S101：采用传感器测量运输车与障碍物之间的实时距离，然后将上述距离转换为障碍物的图像；

S102：利用以上获得的图像，对运行路径进行规划，并将指定的运行路径以外的范围全部作为障碍物区间；

S103：根据以上规划的的路径控制所述运输车进行运动。

运行区间的设定：

在道路规划阶段，机器人的运行管理者，需要预先对运行区间（即，道路）和运行区间以外（本发明设定的假想障碍）区间进行规划。这个规划功能是本发明的“运行道路算出软件”的一个组成部分：

（1）参考图1和图2，演示运行区间的设定。

（2）在运行区间图1中，存在START，GOAL等复数个通过点。

（3）根据以上的通过点，路径规划软件将制定路径的宽幅。

（4）机器人在架空领域图2中，从START（中途经过假设的地点）至GOAL点运行。

（5）软件将运行路径以外作为假设的障碍物区域，控制运行范围。

当前的目的地点的设定：

（1）假想路径空间自身的范围，一般设定为5米。在这个范围里，检测结果显示为障碍物时，将回避障碍物。

（2）避障移动时，设定机器人的移动目标“当前的目的地点”（5米的范围）。

（3）为了运行尽可能选择道路的中央，设定“当前的目的地点”，以路径中心线为准，选取最靠近当前的目的地点的坐标。

（4）在以上方法的计算中，朝着“当前的目的地点”移动时，探测的"自身的一定范围"如果定义为正方形如图3所示，那么在正方形中，距离目的地最短的距离方向，可能是正方形的某个角落、运行将出现向一侧偏的现象。本发明选择以机器人为中心的圆形范围作为探测的"自身的一定范围"。即，以机器人为中心的圆形图4的范围中，运行的任何方向都是等长。可以控制机器人沿着路径的中心线运行。

利用架空的目的地点的方法避障：

如前面所叙述的方法，机器人选定一定的范围，这个范围是一个圆形。在这个范围里运行的同时，检测障碍物。避开障碍后继续运行。机器人运行的路径规划，一般需要进行繁杂的多项式计算，将占用计算机的功能和设备。另一方面，降低了机器人的误差控制能力。即使能够规划出一个理想的路经，现实中由于避障等，也很难按照规划的路径行驶。

本发明所述方法提供“架空目的地点”的追随方案，用以控制机器人的运行。所述方法是在“目的地”与机器人之间，设定可以避开障碍物的“架空目的地点”，如图6所示，按照如下步骤，控制机器人追随这个点运行：

（1）在与障碍物保持一定距离之处，设定架空的目的地点。

（2）在运行时（机器人，架空目的地点，目的地点）3点的距离不断更新，保持最短距离。

（3）为了一直保持以上三点之间的最短距离，在连续避障的过程中，将随时更新“架空目的地点”。

（4）本发明可以适用多种形式的机器人，具有极大的柔软性。

上述架空目的地点的具体求解方法如图7所示。

①目的地点：点A，与机器人的位置点：点B之间，障碍物的领域：回避领域C，最短距离经由地点：点D。

②前述、以点B与点D的连接线E为中心、±45°的范围：领域F的范围。求解障碍物领域C与点B最近的点G。

③直线E通过垂直交叉点G、进入禁止区域H的圆弧上的交点：点I，既是所要求结果。点I设定为架空目的地点。(决定点I的时候、考虑机器人的宽度，再度进行调整。)

④机器人的路径（轨道）向点I倾斜、选择道路J，确定最新的运行路经。

所述方法采用了假想的障碍物的存在方法，柔软地控制机器人的运行轨道，利用避障方法及功能可以积极灵活地控制机器人的运行轨道。

（1）方便随时变更路径作为改变路经的一种保证方法，如图 8所示。在这种场合下，利用假想的障碍物的存在，可以任意改变，诱导机器人的运行方向，如图 9所示。

（2）用椭圆型描绘障碍物的存在可在软件上任意表现（加工）障碍物的外形。本发明可以夸张地描绘成椭圆形、机器人能够平緩地回避障碍物。一般在接近，识别，回避障碍物的过程中，容易发生急转弯。急剧地改变运行方向的现象，如图10所示。本软件利用把障碍物描绘成椭圆形，可以提前改变轨道方向。平缓，安全地运行，回避障碍物，如图 11所示。特别在人群较多的地方，操作简便，效果尤其明显。

将所述方法运用到机器人的运动控制中，使得所述机器人在公共场所里，能够安全移动。

Claims

1.一种无人驾驶智能机器人道路避障方法，其特征在于包括如下步骤：

采用传感器测量机器人与障碍物之间的实时距离，然后将上述距离转换为障碍物的图像；

利用以上获得的图像，对路径进行规划，并将指定的路径以外的范围全部作为障碍物区间；

根据以上规划的路径控制所述机器人进行运动；

在目的地点与机器人之间，设定可以避开障碍物的架空目的地点，按照如下步骤，控制机器人追随这个点运行：在与障碍物保持一定距离之处，设定架空的目的地点；在运行时机器人、架空目的地点以及目的地点之间的距离不断更新，保持最短距离，为了一直保持以上三点之间的最短距离，在连续避障的过程中，将随时更新架空目的地点；

架空目的地点的具体求解方法如下：

目的地点：点A，机器人的位置点：点B，与障碍物的领域：回避领域C之间，最短距离经由地点：点D；

前述点B与点D的连接线E为中心、±45°的范围：领域F的范围，求解回避领域C与点B最近的点G；

过点G做直线E的垂直交叉线，垂直交叉线与禁止区域H的圆弧上的交点：点I，即是所要求结果，点I设定为架空目的地点；

机器人的路径向点I倾斜、选择道路J，确定最新的运行路径。

2.如权利要求1所述的无人驾驶智能机器人道路避障方法，其特征在于：在道路规划阶段，预先对运行区间和运行区间以外的区间进行规划。

3.如权利要求1所述的无人驾驶智能机器人道路避障方法，其特征在于：在运行区间存在复数个开始通过点和目标通过点，根据以上通过点，指定路径的宽幅。

4.如权利要求1所述的无人驾驶智能机器人道路避障方法，其特征在于：在机器人运行状态时，路径空间内机器人自身范围为4米-6米，在这个范围内，检测结果显示为障碍物时，将回避障碍物；避障移动时，设定机器人的移动距离，在设定移动距离时，以路径的中心线为准，选取最靠近当前的目的地点的坐标；当所述机器人朝着当前的目的地点移动时，以机器人为中心的圆形范围作为探测的自身的一定范围，控制机器人沿着路径的中心线运行。