CN113589829A - 一种移动机器人的多传感器区域避障方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动机器人的多传感器区域避障方法，它包括：步骤S1、在移动机器人的底座顶部安装多线激光，在移动机器人的底座底部安装单线激光，底座接近矩形，在移动机器人的底座前后以及左右两侧共安装6组超声波传感器，在移动机器人的底座顶部前方安装双目摄像头；步骤S2、建立单线激光坐标系与多线激光坐标系，所述单线激光坐标系与多线激光坐标系均为右手坐标系，以激光中心为原点，正前方为X轴，由于单线激光与多线激光的安装位置不同。本发明属于电通信技术领域，本发明提供一种移动机器人的多传感器区域避障方法，将机器人车身周边区域划分为避障区域、缓冲减速区域、绕障开启区域、安全区域等多种功能定位不同的区域，使机器人可以智能地进行避障。

Description

一种移动机器人的多传感器区域避障方法

技术领域

本发明涉及一种移动机器人的多传感器区域避障方法，属于电通信技术领域。

背景技术

目前，随着技术地快速发展，移动机器人常用于清洁、服务、巡检等领域以替代人工，对于移动机器人来说，在实际运行工作场景中，能否精准、高效以及智能地避障十分关键。目前，移动机器人的避障方法主要依靠超声波传感器，激光雷达，红外传感器以及视觉摄像头等，但由于超声波，激光以及红外对于某些特定物体识别率较差，且视觉摄像头的距离信息精准度低的问题，现有的避障技术仍存在缺陷。

现有的移动机器人的避障方法主要依靠超声波传感器，激光雷达，红外传感器以及视觉摄像头等，但由于超声波，激光以及红外对于某些特定物体识别率较差，且视觉摄像头的距离信息精准度低的问题。还会出现实际上机器人有空间可以通过，但是部分避障算法会认为前方存在障碍物而停车导致无法通过，因此现有的避障技术仍存在很多缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种移动机器人的多传感器区域避障方法，将超声波传感器、激光雷达、以及双目视觉摄像头相结合，弥补单设备的局限性，以实现自主避障的实时性以及精确性，并将机器人车身周边区域划分为避障区域、缓冲减速区域、绕障开启区域、安全区域等多种功能定位不同的区域，使机器人可以更加高效、智能地进行避障。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种移动机器人的多传感器区域避障方法，它包括：

步骤S1、在移动机器人的底座顶部安装多线激光，在移动机器人的底座底部安装单线激光，底座接近矩形，在移动机器人的底座前后以及左右两侧共安装6组超声波传感器，在移动机器人的底座顶部前方安装双目摄像头；

步骤S2、建立单线激光坐标系与多线激光坐标系，所述单线激光坐标系与多线激光坐标系均为右手坐标系，以激光中心为原点，正前方为X轴，由于单线激光与多线激光的安装位置不同，单线激光与多线激光中心并不重合，移动机器人运行前，将所述单线激光坐标系通过平移翻转变换至与多线激光坐标系重合；

步骤S3、将所述单线激光坐标系划分为8个动作区域，所述8个动作区域之外的区域为安全区域；

将所述多线激光坐标系划分为12个动作区域，所述12个动作区域之外的区域为安全区域；

步骤S4、获取所述单线激光与多线激光扫描的环境数据，遍历数据，记录下距离所述激光中心最近的障碍物点；

步骤S5、根据避障区域划分算法，判断所述障碍物点位于单线激光坐标系与多线激光坐标系划分的哪一区域内；

步骤S6、根据所述障碍物点所处区域的不同，移动机器人响应不同的动作，进行减速、绕障以及避障动作。

进一步，所述步骤S3中的8个动作区域包括：

从原点沿X轴的正方向依次设置避障区域、一级减速区域、第二绕障开启区、二级减速区域、第一绕障开启区和三级减速区域，所述避障区域的两侧沿Y轴的正方向和负方向分别设置两个三级减速区域。

进一步，所述步骤S3中的12个动作区域包括：

从原点沿X轴的正方向依次设置避障区域、一级减速区域、第二绕障开启区、二级减速区域、第一绕障开启区和三级减速区域，所述避障区域的两侧沿Y轴的正方向和负方向分别设置两个三级减速区域，从原点沿Y轴的正方向依次设置避障区域和二级减速区域，从原点沿Y轴的负方向依次设置避障区域和二级减速区域。

进一步，所述步骤S6中，根据所述障碍物点所处区域的不同，移动机器人响应不同的动作，进行减速、绕障以及避障操作，包括如下步骤：

当所述障碍物点处于安全区域时，移动机器人正常运行；

当所述障碍物点处于三级减速区域时，移动机器人的速度减为原速度的80%；

当所述障碍物点处于二级减速区域时，移动机器人的速度减为原速度的50%；

当所述障碍物点处于绕障开启区时，移动机器人启用绕障算法进行绕障；

当所述障碍物点处于一级减速区域时，移动机器人的速度减为原速度的30%；

当所述障碍物点处于避障区域时，移动机器人停车等待10秒，若障碍物点仍处于避障区域内，移动机器人后退，直至所述障碍物点处于绕障开启区，移动机器人启用绕障算法进行绕障。

进一步，所述步骤S5中的避障区域划分算法包括：

步骤S51、获取单线激光和多线激光扫描返回的点云数据；

步骤S52、遍历所述点云数据并判断得出距离当前机器人位置最近的一个障碍物点；

步骤S53、使用pnploy函数判断障碍物点是否处于单线激光坐标系和多线激光坐标系的动作区域内，通过pnploy函数判断所述步骤S52中的障碍物点处于机器人划分的哪一动作区域内。

采用了上述技术方案，本发明以激光雷达为主，将单线激光与多线激光坐标系对应，并将其坐标系划分不同的功能区域。根据编写避障区域划分算法实时计算当前距离机器人最近的障碍点处于哪一功能区域，依据所处不同的区域，机器人响应停车避障，多级减速，继续前进，绕障等不同的动作。对于激光无法识别或处于激光盲区的障碍物，辅以超声波传感器以及双目摄像头，确保障碍物识别的精确性及实时性。

附图说明

图1为本发明的单线激光坐标系区域划分的示意图；

图2为本发明的多线激光坐标系区域划分的示意图；

图3为本发明的移动机器人避障场景示意图；

图4为本发明的避障区域划分算法流程图；

图5为本发明的一种移动机器人的多传感器区域避障方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

如图1～5所示，本实施例提供一种移动机器人的多传感器区域避障方法，它包括：

步骤S1、在移动机器人的底座顶部安装多线激光，在移动机器人的底座底部安装单线激光，底座接近矩形，在移动机器人的底座前后以及左右两侧共安装6组超声波传感器，在移动机器人的底座顶部前方安装双目摄像头。

步骤S2、建立单线激光坐标系与多线激光坐标系，单线激光坐标系与多线激光坐标系均为右手坐标系，以激光中心为原点，正前方为X轴，由于单线激光与多线激光的安装位置不同，单线激光与多线激光中心并不重合，移动机器人运行前，将单线激光坐标系通过平移翻转变换至与多线激光坐标系重合，由于多线激光上下覆盖角度约30度，并且由于安装位置的原因，车体可能对其有遮挡，使得多线激光存在盲区，安装单线激光是为了减少盲区，单线激光坐标系可以弥补多线激光坐标系扫描不到的盲区。由于激光获取的电点云数据是以激光本身为原点，激光安装的位置不同，使得同一个物体在两个不同激光下的位置坐标不同，不进行坐标变换的话，需要在步骤S53中调用两次pnploy函数判断障碍物点处于哪一障碍物区域，影响程序效率。将两个激光坐标系重合，可以直接遍历获得最近点，只调用一次pnploy函数即可，提升程序效率。

步骤S3、将单线激光坐标系划分为如图1所示的8个动作区域，8个动作区域之外的区域为安全区域。本实施例的8个动作区域包括：从原点沿X轴的正方向依次设置避障区域、一级减速区域、第二绕障开启区、二级减速区域、第一绕障开启区和三级减速区域，避障区域的两侧沿Y轴的正方向和负方向分别设置两个三级减速区域。

将多线激光坐标系划分为如图2所示的12个动作区域，12个动作区域之外的区域为安全区域。本实施例的12个动作区域包括：从原点沿X轴的正方向依次设置避障区域、一级减速区域、第二绕障开启区、二级减速区域、第一绕障开启区和三级减速区域，避障区域的两侧沿Y轴的正方向和负方向分别设置两个三级减速区域，从原点沿Y轴的正方向依次设置避障区域和二级减速区域，从原点沿Y轴的负方向依次设置避障区域和二级减速区域。

步骤S4、获取单线激光与多线激光扫描的环境数据，遍历数据，记录下距离激光中心最近的障碍物点；

步骤S5、根据避障区域划分算法，判断障碍物点位于单线激光坐标系与多线激光坐标系划分的哪一区域内；

步骤S6、根据障碍物点所处区域的不同，移动机器人响应不同的动作，进行减速、绕障以及避障动作；

当障碍物点处于安全区域时，移动机器人正常运行；

当障碍物点处于三级减速区域时，移动机器人的速度减为原速度的80%；

当障碍物点处于二级减速区域时，移动机器人的速度减为原速度的50%；

当障碍物点处于绕障开启区时，移动机器人启用绕障算法进行绕障，绕障算法采用dwa动态窗口法，根据前方障碍物轮廓，算法生成一条绕过障碍物的局部路径，机器人沿路径绕过障碍物，再回到原来的路径上继续运行；

当障碍物点处于一级减速区域时，移动机器人的速度减为原速度的30%；

当障碍物点处于避障区域时，移动机器人停车等待10秒，若障碍物点仍处于避障区域内，移动机器人后退，直至障碍物点处于绕障开启区，移动机器人启用绕障算法进行绕障。

如图4所示，本实施例的步骤S5中的避障区域划分算法包括：

步骤S51、获取单线激光和多线激光扫描返回的点云数据；

步骤S52、遍历点云数据并判断得出距离当前机器人位置最近的一个障碍物点；

步骤S53、使用pnploy函数判断障碍物点是否处于单线激光坐标系和多线激光坐标系的动作区域内，通过pnploy函数判断步骤S52中的障碍物点处于机器人划分的哪一动作区域内。

如图3所示为移动机器人避障场景示意，机器人直线前进中，首先对于障碍物A，其障碍物点处于安全区域中，则移动机器人正常前行。当障碍物A进入车体右侧二级减速区域，移动机器人速度减半后继续前行，未触发避障并通过障碍物A。

对于障碍物B，在移动机器人前进过程中，首先进入三级减速区域，机器人速度减为原速度的80%，然后进入第一绕障开启区，开启绕障算法，生成局部规划路径绕开障碍物B。若绕障算法得出的路径无法通过，使得移动机器人处于避障状态，则等待十秒后，机器人后退使障碍物B处于第二绕障开启区时，重新规划绕障路径再次绕障。

对于移动机器人后方的激光盲区，结合后方的两组超声波传感器数据进行避障。设定超声波的触发距离，使得机器人左右方向上的触发距离大于车体宽度与左右避障区域宽度。

若障碍物A、B是激光无法准确检测的物体，则需要结合双目视觉摄像头数据进行判断，若双目摄像头返回的最小距离小于激光返回的最小距离，则以双目摄像头的数据为准，确保避障的精确性。

以上的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种移动机器人的多传感器区域避障方法，其特征在于，它包括：

步骤S1、在移动机器人的底座顶部安装多线激光，在移动机器人的底座底部安装单线激光，在移动机器人的底座前后以及左右两侧共安装6组超声波传感器，在移动机器人的底座顶部前方安装双目摄像头；

步骤S2、建立单线激光坐标系与多线激光坐标系，以激光中心为原点，正前方为X轴，移动机器人运行前，将所述单线激光坐标系通过平移翻转变换至与多线激光坐标系重合；

步骤S3、将所述单线激光坐标系划分为8个动作区域，所述8个动作区域之外的区域为安全区域；

将所述多线激光坐标系划分为12个动作区域，所述12个动作区域之外的区域为安全区域；

步骤S4、获取所述单线激光与多线激光扫描的环境数据，遍历数据，记录下距离所述激光中心最近的障碍物点；

步骤S5、根据避障区域划分算法，判断所述障碍物点位于单线激光坐标系与多线激光坐标系划分的哪一区域内；

步骤S6、根据所述障碍物点所处区域的不同，移动机器人响应不同的动作，进行减速、绕障以及避障动作。

2.根据权利要求1所述的一种移动机器人的多传感器区域避障方法，其特征在于，所述步骤S3中的8个动作区域包括：

从原点沿X轴的正方向依次设置避障区域、一级减速区域、第二绕障开启区、二级减速区域、第一绕障开启区和三级减速区域，所述避障区域的两侧沿Y轴的正方向和负方向分别设置两个三级减速区域。

3.根据权利要求1所述的一种移动机器人的多传感器区域避障方法，其特征在于，所述步骤S3中的12个动作区域包括：

从原点沿X轴的正方向依次设置避障区域、一级减速区域、第二绕障开启区、二级减速区域、第一绕障开启区和三级减速区域，所述避障区域的两侧沿Y轴的正方向和负方向分别设置两个三级减速区域，从原点沿Y轴的正方向依次设置避障区域和二级减速区域，从原点沿Y轴的负方向依次设置避障区域和二级减速区域。

4.根据权利要求1所述的一种移动机器人的多传感器区域避障方法，其特征在于，所述步骤S6中，根据所述障碍物点所处区域的不同，移动机器人响应不同的动作，进行减速、绕障以及避障操作，包括如下步骤：

当所述障碍物点处于安全区域时，移动机器人正常运行；

当所述障碍物点处于三级减速区域时，移动机器人的速度减为原速度的80%；

当所述障碍物点处于二级减速区域时，移动机器人的速度减为原速度的50%；

当所述障碍物点处于绕障开启区时，移动机器人启用绕障算法进行绕障；

当所述障碍物点处于一级减速区域时，移动机器人的速度减为原速度的30%；

当所述障碍物点处于避障区域时，移动机器人停车等待10秒，若障碍物点仍处于避障区域内，移动机器人后退，直至所述障碍物点处于绕障开启区，移动机器人启用绕障算法进行绕障。

5.根据权利要求1所述的一种移动机器人的多传感器区域避障方法，其特征在于，所述步骤S5中的避障区域划分算法包括：

步骤S51、获取单线激光和多线激光扫描返回的点云数据；

步骤S52、遍历所述点云数据并判断得出距离当前机器人位置最近的一个障碍物点；

步骤S53、使用pnploy函数判断障碍物点是否处于单线激光坐标系和多线激光坐标系的动作区域内，通过pnploy函数判断所述步骤S52中的障碍物点处于机器人划分的哪一动作区域内。

Images