CN110488801A - 基于碰撞危险度的移动机器人自适应速度避碰决策的方法 - Google Patents
基于碰撞危险度的移动机器人自适应速度避碰决策的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110488801A CN110488801A CN201910692447.2A CN201910692447A CN110488801A CN 110488801 A CN110488801 A CN 110488801A CN 201910692447 A CN201910692447 A CN 201910692447A CN 110488801 A CN110488801 A CN 110488801A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- collision
- risk
- degree
- mobile robot
- mobile
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
- G05D1/0088—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot characterized by the autonomous decision making process, e.g. artificial intelligence, predefined behaviours
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
- G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
- G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
- G05D1/0212—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles with means for defining a desired trajectory
- G05D1/0214—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles with means for defining a desired trajectory in accordance with safety or protection criteria, e.g. avoiding hazardous areas
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Game Theory and Decision Science (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
本发明提供了一种基于碰撞危险度的移动机器人自适应速度避碰决策的方法，首先移动机器人通过传感器感知移动物体，然后进行避碰决策的选择。本发明提供的方法可以使移动机器人以最短时间脱离碰撞范围，减少碰撞的可能性。
Description
技术领域
本发明属于交通应急领域，特别涉及一种基于碰撞危险度的移动机器人自适应速度避碰决策的方法。
背景技术
在移动机器人避障领域中，由于应用的需求不断地提高，机器人所面临的工作环境与工作任务也变得越来越复杂。在此情况下，可能需要多个移动机器人互相协同作业从而完成任务。移动机器人面向的工作环境不仅仅是一个复杂的静态环境，与其它运动机器人的也需要保证相对安全的状态，避免与其他机器人发生碰撞，影响工作效率。其它移动机器人或移动的物体，在一定范围都可以视为移动障碍物，都会存在发生碰撞的可能性。
发明内容
为了解决现有技术的缺陷，本发明提供了一种基于碰撞危险度的移动机器人自适应速度避碰决策的方法，首先移动机器人通过传感器感知移动物体，然后进行避碰决策的选择。
进一步的：将移动机器人预先设定一个碰撞危险度阈值，然后按照以下步骤进行作业：
步骤1：在其感知系统感知范围内，通过传感器检测周围环境信息，出现移动物体时，传感器第一时间对移动物体进行判断，是否具有碰撞可能，是则将其纳入需要进行避碰的移动物体的集合，进入步骤2；否则转步骤6；
步骤2：通过传感器确定移动物体的数量信息以及位置信息，并通过单位时间内移动物体的位置信息变化，计算出移动物体速度信息，以判断所有移动物体与移动机器人的会遇时间以及会遇距离；
步骤3：通过最短会遇时间以及最短会遇距离，计算所有移动物体的危险度系数，将所的危险度系数与步骤1中设定的碰撞危险度阈值进行大小比较，若危险度系数小于碰撞危险度阈值，则转入步骤6的操作；若危险度系数大于或者等于碰撞危险度阈值，则判断避让责任，无避让责任，则转入步骤6的操作，有避让责任，则进入步骤4；
步骤4：计算每个需要进行避碰的移动物体优先级，将计算得出的优先级进行排序，以确定每个移动物体的避碰顺序；
步骤5：移动机器人根据优先级顺序，依次计算出每个移动物体避碰的最优方案进行避碰，避碰结束后，继续计算新的危险度系数，并将其与碰撞危险度阈值进行大小比较，若新的危险度系数小于碰撞危险度阈值，直接进入步骤6；若新的危险度系数大于等于碰撞危险度阈值，继续避碰至新的危险度系数小于碰撞危险度阈值，再进入步骤6；
步骤6：移动机器人继续前行，并判断传感器感知范围内是否出现移动物体，是则继续执行步骤1的操作，否则继续前行；
步骤7：当移动机器人感应到当前位置和目标位置重合，则移动结束。
进一步的：步骤5避碰的最优方案计算过程为，移动机器人根据得到的移动物体的距离信息以及速度信息，结合自身移动速度与移动方向，得出降低危险度系数的方法，从而达到避碰的目标。
进一步的：降低危险度系数的方法包括：第一时间改变自身移动速度、脱离碰撞范围以及让行移动物体先驶出碰撞范围。
进一步的：步骤5避碰结束的标准为避碰后的危险度系数小于碰撞危险度阈值。
进一步的：设定碰撞危险度阈值为0.5。
有益效果：本发明提供的方法可以使移动机器人以最短时间脱离碰撞范围，减少碰撞的可能性。
附图说明
图1为移动机器人交叉对碰可能性示意图，
图2为移动机器人交叉斜碰可能性示意图，
图3为移动机器人直线对碰可能性示意图，
图4为移动机器人直线同向碰可能性示意图，
图5为本发明避碰方案示意图，
图6为本发明碰撞危险度评估模型示意图，
图7为本发明避碰决策系统逻辑流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
移动机器人在进行作业任务时，在其移动路径内或在其周围出现移动物体，会发生各种碰撞的可能性，如图1所示，为移动机器人交叉对碰可能性示意图，图2为移动机器人交叉斜碰可能性示意图，图3为移动机器人直线对碰可能性示意图，图4为移动机器人直线同向碰可能性示意图，图中的实心交叉点为碰撞点，从而影响移动机器人的工作效率，然而针对移动物体的避碰耗时较长，虽然解决的问题并不复杂，却要消耗大量时间，本发明方法使移动机器人短时间内脱离碰撞区域，减小与移动物体发生碰撞的可能性，快速回到原本路线，主要利用移动机器人的传感器的感知特点对移动机器人碰撞范围内的移动物体进行快速定位。根据基于碰撞危险度的避碰决策以及自适应速度算法，使移动机器人尽快逃离碰撞区域，避免移动机器人在作业中发生碰撞事故。
移动机器人与移动物体在处于同一平面时，通过移动机器人上的传感器对周围移动物体位置信息的采集，计算出移动物体的最近会遇距离(DCPA)和最小会遇时间(TCPA)。通过碰撞危险度算法，计算出两个移动物体之间的碰撞危险度(CRI)，设定CRI的阈值为0.5，若CRI小于0.5时，则移动机器人继续前行，直到传感器范围内出现移动物体时，重新进行物体位置信息的采集；若CRI大于等于0.5时，则判断两个移动物体的避让责任，即哪方需要采取避让措施，通过移动机器人的通讯系统与另一移动物体或移动机器人通信，若为对方责任，则我方继续保持初始方向、初始速度前行。若为我方责任，则采取自适应速度算法，改变我方当前速度，尽快远离对方。采用自适应速度算法，改变我方当前速度后，继续进行位置信息的采集，重新计算CRI，直至CRI小于0.5，保证两个移动物体相撞的可能性小于阈值，从而避免相撞。碰撞危险度(CRI)是指两个物体之间发生碰撞的可能性的大小，同时也表示了两个物体避免碰撞的难易程度。碰撞危险度的取值范围为0～1，当CRI为0时，表示两个物体距离过远，不存在发生碰撞的可能性；当CRI为1时，表明两个物体无论采取任何避碰行为，都会发生碰撞。当两个物体存在碰撞可能性时时，即CRI不为0，对CRI设定一个阈值，当移动机器人与移动障碍物的CRI大于阈值时，移动机器人必须采取避碰行为，使CRI减小至阈值以下。
自适应速度算法是指移动机器人在移动的过程中，根据感知范围内移动物体的速度，通过碰撞危险度算法以及避碰决策，如图5所示，自适应调节速度，使移动移动机器人通过速度的改变，以最短的时间降低CRI，减小与移动物体碰撞的可能性。
对于多个移动机器人之间碰撞的预测，如图6所示，需要移动机器人具有一定的感知功能和一定的交互功能，从而保证机器人能在一定的范围之内感知到其它机器人，且能通过信息的传输，共享彼此之间位置信息，通过双方共享的位置信息，对多个机器人之间的运动状态进行判断和评估。由此，可以得到基于碰撞危险度的移动机器人自适应速度避碰策略方法，其具体操作如下：
首先将移动机器人预先设定一个碰撞危险度阈值为0.5，然后按照以下步骤进行作业，如图7所示：
步骤1：在其感知系统感知范围内，通过传感器检测周围环境信息，出现移动物体时，所述传感器第一时间对移动物体进行判断，是否具有碰撞可能，是则将其纳入需要进行避碰的移动物体的集合，进入步骤2；否则转步骤6；
步骤2：通过传感器确定移动物体的数量信息以及位置信息，并通过单位时间内移动物体的位置信息变化，计算出移动物体速度信息，以判断所有移动物体与移动机器人的会遇时间以及会遇距离；
步骤3：通过最短会遇时间以及最短会遇距离，计算所有移动物体的危险度系数，将所的危险度系数与步骤1中设定的碰撞危险度阈值进行大小比较，若危险度系数小于碰撞危险度阈值，则转入步骤6的操作；若危险度系数大于或者等于碰撞危险度阈值，则判断避让责任，无避让责任，则转入步骤6的操作，有避让责任，则进入步骤4；
步骤4：计算每个需要进行避碰的移动物体优先级，将计算得出的优先级进行排序，以确定每个移动物体的避碰顺序；
步骤5：移动机器人根据优先级顺序，依次计算出每个移动物体避碰的最优方案进行避碰，避碰的最优方案计算过程为，移动机器人根据得到的移动物体的距离信息以及速度信息，结合自身移动速度与移动方向，得出降低危险度系数的方法，比如：第一时间改变自身移动速度、脱离碰撞范围以及让行移动物体先驶出碰撞范围，从而达到避碰的目标，避碰结束后，重新计算危险度系数，并将其与碰撞危险度阈值进行大小比较，若新的危险度系数小于碰撞危险度阈值，直接进入步骤6；若新的危险度系数大于等于碰撞危险度阈值，继续避碰至新的危险度系数小于碰撞危险度阈值，再进入步骤6；
步骤6：移动机器人继续前行，并判断传感器感知范围内是否出现移动物体，是则继续执行步骤1的操作，否则继续前行；
步骤7：当移动机器人感应到当前位置和目标位置重合，则移动结束。
本发明的创新之处在于：充分利用移动机器人的感知功能与通讯功能，使机器人在移动过程中避免碰撞；通过避碰决策，使避碰责任分工明确，提高了避碰效率；利用自适应速度算法，减小移动机器人在碰撞范围内的停留时间，使机器人快速逃离碰撞区域。
Claims (6)
1.基于碰撞危险度的移动机器人自适应速度避碰决策的方法，其特征在于：移动机器人通过传感器感知移动物体，然后进行避碰决策的选择。
2.根据权利要求1所述基于碰撞危险度的移动机器人自适应速度避碰决策的方法，其特征在于，将移动机器人预先设定一个碰撞危险度阈值，然后按照以下步骤进行作业：
步骤1：在其感知系统感知范围内，通过传感器检测周围环境信息，出现移动物体时，所述传感器第一时间对移动物体进行判断，是否具有碰撞可能，是则将其纳入需要进行避碰的移动物体的集合，进入步骤2；否则转步骤6；
步骤2：通过传感器确定移动物体的数量信息以及位置信息，并通过单位时间内移动物体的位置信息变化，计算出移动物体速度信息，以判断所有移动物体与移动机器人的会遇时间以及会遇距离；
步骤3：通过最短会遇时间以及最短会遇距离，计算所有移动物体的危险度系数，将所的危险度系数与步骤1中设定的碰撞危险度阈值进行大小比较，若危险度系数小于碰撞危险度阈值，则转入步骤6的操作；若危险度系数大于或者等于碰撞危险度阈值，则判断避让责任，无避让责任，则转入步骤6的操作，有避让责任，则进入步骤4；
步骤4：计算每个需要进行避碰的移动物体优先级，将计算得出的优先级进行排序，以确定每个移动物体的避碰顺序；
步骤5：移动机器人根据优先级顺序，依次计算出每个移动物体避碰的最优方案进行避碰，避碰结束后，继续计算新的危险度系数，并将其与碰撞危险度阈值进行大小比较，若新的危险度系数小于碰撞危险度阈值，直接进入步骤6；若新的危险度系数大于等于碰撞危险度阈值，继续避碰至新的危险度系数小于碰撞危险度阈值，再进入步骤6；
步骤6：移动机器人继续前行，并判断传感器感知范围内是否出现移动物体，是则继续执行步骤1的操作，否则继续前行；
步骤7：当移动机器人感应到当前位置和目标位置重合，则移动结束。
3.根据权利要求2所述基于碰撞危险度的移动机器人自适应速度避碰决策的方法，其特征在于，步骤5避碰的最优方案计算过程为，移动机器人根据得到的移动物体的距离信息以及速度信息，结合自身移动速度与移动方向，得出降低危险度系数的方法，从而达到避碰的目标。
4.根据权利要求3所述基于碰撞危险度的移动机器人自适应速度避碰决策的方法，其特征在于，降低危险度系数的方法包括：第一时间改变自身移动速度、脱离碰撞范围以及让行移动物体先驶出碰撞范围。
5.根据权利要求2所述基于碰撞危险度的移动机器人自适应速度避碰决策的方法，其特征在于，步骤5避碰结束的标准为避碰后的危险度系数小于碰撞危险度阈值。
6.根据权利要求2所述基于碰撞危险度的移动机器人自适应速度避碰决策的方法，其特征在于，设定碰撞危险度阈值为0.5。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910692447.2A CN110488801A (zh) | 2019-07-30 | 2019-07-30 | 基于碰撞危险度的移动机器人自适应速度避碰决策的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910692447.2A CN110488801A (zh) | 2019-07-30 | 2019-07-30 | 基于碰撞危险度的移动机器人自适应速度避碰决策的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110488801A true CN110488801A (zh) | 2019-11-22 |
Family
ID=68548634
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910692447.2A Pending CN110488801A (zh) | 2019-07-30 | 2019-07-30 | 基于碰撞危险度的移动机器人自适应速度避碰决策的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110488801A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110977972A (zh) * | 2019-12-03 | 2020-04-10 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种多关节机器人碰撞检测方法、计算机可读存储介质及机器人 |
| CN111975773A (zh) * | 2020-08-07 | 2020-11-24 | 北京如影智能科技有限公司 | 一种控制机械臂的方法及装置 |
| CN115167470A (zh) * | 2022-08-18 | 2022-10-11 | 深圳市欧铠智能机器人股份有限公司 | 一种运载机器人货物运送自动分配系统及方法 |
-
2019
- 2019-07-30 CN CN201910692447.2A patent/CN110488801A/zh active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110977972A (zh) * | 2019-12-03 | 2020-04-10 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种多关节机器人碰撞检测方法、计算机可读存储介质及机器人 |
| CN111975773A (zh) * | 2020-08-07 | 2020-11-24 | 北京如影智能科技有限公司 | 一种控制机械臂的方法及装置 |
| CN115167470A (zh) * | 2022-08-18 | 2022-10-11 | 深圳市欧铠智能机器人股份有限公司 | 一种运载机器人货物运送自动分配系统及方法 |
| CN115167470B (zh) * | 2022-08-18 | 2023-11-28 | 深圳市欧铠智能机器人股份有限公司 | 一种运载机器人货物运送自动分配系统及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110488801A (zh) | 基于碰撞危险度的移动机器人自适应速度避碰决策的方法 | |
| KR101982226B1 (ko) | 로봇 시스템 | |
| JP7332199B2 (ja) | 共用ワークスペースにおける複数のロボットの動作計画 | |
| CN104943689B (zh) | 一种汽车主动防撞系统的控制方法 | |
| CN108062600A (zh) | 一种基于矩形建模的车辆碰撞预警方法及装置 | |
| CN106325280A (zh) | 一种多机器人防碰撞方法及系统 | |
| CN106427996B (zh) | 一种多功能泊车控制方法和系统 | |
| KR20120082881A (ko) | 충돌 회피 스킴을 실행하는 로보틱 장치 및 연관된 방법 | |
| CN109984689A (zh) | 一种清洁机器人及清洁机器人的路径优化方法 | |
| Vahdatikhaki et al. | Dynamic equipment workspace generation for improving earthwork safety using real-time location system | |
| CN104375505A (zh) | 一种基于激光测距的机器人自主寻路方法 | |
| CN110609550B (zh) | 一种机器人防止碰撞充电座的方法 | |
| US11794728B2 (en) | Electronic control device | |
| RU2012122451A (ru) | Способ управления по меньшей мере двумя роботами, имеющими соответствующие рабочие пространства, включающие в себя по меньшей мере одну общую область | |
| CN102385383A (zh) | 行驶车以及行驶车的控制方法 | |
| CN103663188B (zh) | 动臂塔式起重机及其运行的控制方法、装置和系统 | |
| JP6575493B2 (ja) | 制御装置、移動体の分散制御プログラム | |
| CN108108850B (zh) | 一种运动装置及其寻路控制方法和具有存储功能的装置 | |
| WO2015031783A1 (en) | Proximity detection systems and methods | |
| EP3667451A1 (en) | Method and system for controlling a plurality of autonomous vehicles | |
| KR20170077332A (ko) | 지능형 자율 주행 차량을 위한 우선 순위 기반의 충돌 회피 제어 방법 및 시스템 | |
| CN110077964A (zh) | 一种单横梁多车体行吊系统及其运行控制方法 | |
| CN116457159A (zh) | 机器人操作中采用的安全系统和方法 | |
| CN111908342A (zh) | 一种适用于塔机吊臂的辅助防碰撞方法和系统 | |
| US20240025412A1 (en) | Trajectory planning method and related device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20191122 |