CN115951672B - 一种机器人通过狭窄通道的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机器人通过狭窄通道的方法，包括：在狭窄通道处周围划定范围；将激光雷达观测的周围环境进行运算；将周围环境的点云数据转换成坐标系上的点；根据机器人的起点和狭窄通道最窄处两个点，在坐标系上确定连接两点的初始直线；对初始直线进行旋转，生成若干条预选通道直线；将划定范围内的点代入到每条预选通道直线中；分别计算每条预选通道直线两侧点云中距离直线最近的点，计算两点之间的距离；筛选出预选通道直线中最窄宽度最大的直线；计算出该直线最窄宽度的中点，平移该直线使其穿过中点，平移后的直线即是机器人导航的参考路线。本发明一种机器人通过狭窄通道的方法，该方法提高了定位导航精度，便于机器人通过狭窄通道。
Description
技术领域
本发明属于机器人技术领域，涉及一种机器人通过狭窄通道的方法。
背景技术
目前的机器人导航一般依赖SLAM定位+代价地图进行全局、局部路径规划，定位精度在5cm左右，导航精度也在5cm左右，对于机器人可以通过但是非常狭窄的路径，这种导航方式满足不了需求，主要表现为一定概率会撞，或者两次导航过程中表现不一致，一次能通过，一次不能通过。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种机器人通过狭窄通道的方法，该方法提高了定位导航精度，便于机器人通过狭窄通道。
为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
一种机器人通过狭窄通道的方法，包括以下步骤：
在狭窄通道处周围划定范围；
将激光雷达观测的周围环境进行运算，得到周围环境的点云数据；
将周围环境的点云数据转换成坐标系上的点，得到落在划定范围内的点云；
根据机器人的起点和狭窄通道最窄处的点，在坐标系上确定连接两点的初始直线；
以狭窄通道最窄处的点为固定点，初始直线绕所述固定点进行旋转，生成若干条预选通道直线；
将划定范围内的点代入到每条预选通道直线中，根据代入直线Ax+By+C的结果是否大于零，将划定范围内的点云分为两个部分；
分别计算每条预选通道直线两侧点云中距离直线最近的点，计算两点之间的距离，得到预选通道的最窄宽度；
筛选出预选通道直线中最窄宽度最大的直线，若该直线最窄宽度小于机器人直径，机器人暂时停止行动；
若该直线最窄宽度大于机器人直径，计算出该直线最窄宽度的中点，平移该直线使其穿过中点，平移后的直线即是机器人导航的参考路线；
机器人向参考路线移动，到达参考路线后沿参考路线移动。
可选的，确定参考路线后，机器人处于参考路线上，机器人沿参考路线移动。
可选的，机器人向参考路线行驶包括：
机器人距离参考路线大于10cm时，取机器人到参考路线10cm的距离点作为机器人行进的目标点；
机器人向目标点移动，沿参考路线移动。
可选的，机器人向参考路线行驶包括：
机器人距离参考路线小于等于10cm时，以机器人当前坐标为圆心，10cm为半径，做圆使之和当前参考路线相交，取临近最窄处的交点作为机器人当前行进的目标点；
机器人向目标点移动，沿参考路线移动。
可选的，在划定范围之前，在机器人定位导航的地图中标注起点、终点和狭窄通道最窄处的位置。
可选的，划定的范围呈矩形，狭窄通道最窄处设于矩形范围的中心。
可选的，根据机器人的起点和狭窄通道最窄处两个点连成的直线Ax+By+C＝0的斜截式kx+b＝y；
计算该直线与x轴的夹角，θ＝arctan(k)；
在[θ-15,θ+15]之间，生成若干角度{θ0，θ2，...}；
根据生成的若干角度，生成若干相应角度的斜率，k＝tanθ；
根据每条直线必经狭窄通道最窄处那个点，算出每条直线相对应的b。
可选的，机器人向目标点移动包括：
以机器人位置为原点，机器人朝向为x轴方向，过机器人坐标系原点，做x轴的切弧，使弧线经过目标点，计算出弧长l、圆心角θ；
机器人沿切弧向目标点移动。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
本发明提供一种机器人通过狭窄通道的方法，通过激光雷达观测的周围环境，得到周围环境的点云数据，提高了机器人的导航精度；
该方法绘制了多条预选通道，从中选出最佳的预选通道，提高了机器人通过狭窄通道的能力。
具体实施方式
下面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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一种机器人通过狭窄通道的方法，包括以下步骤：
S1，在机器人定位导航的地图中标注起点、终点和狭窄通道最窄处的位置；
S2，在狭窄通道处周围划定范围，划定的范围呈矩形，狭窄通道最窄处设于矩形范围的中心；
S3，将激光雷达观测的周围环境进行运算，得到周围环境的点云数据；
S4，将周围环境的点云数据转换成坐标系上的点，得到落在划定范围内的点云；
S5，根据机器人的起点和狭窄通道最窄处的点，在坐标系上确定连接两点的初始直线Ax+By+C＝0，斜截式为kx+b＝y；
S6，以狭窄通道最窄处的点为固定点，初始直线绕所述固定点按每次1度旋转进行旋转，生成30条预选通道直线，其中顺时针旋转得到15条，逆时针旋转得到10条，一共31条直线；
根据机器人的起点和狭窄通道最窄处两个点连成的直线Ax+By+C＝0的斜截式kx+b＝y；
计算该直线与x轴的夹角，θ＝arctan(k)；
在[θ-15,θ+15]之间，生成若干角度{θ0，θ2，...，θ30}；
根据生成的若干角度，生成若干相应角度的斜率，k＝tanθ；
根据每条直线必经狭窄通道最窄处那个点，算出每条直线相对应的b；
S7，将划定范围内的点代入到每条预选通道直线中，根据代入直线Ax+By+C的结果是否大于零，将划定范围内的点云分为两个部分；
S8，分别计算每条预选通道直线两侧点云中距离直线最近的点，计算两点之间的距离，得到预选通道的最窄宽度；
S9，筛选出预选通道直线中最窄宽度最大的直线，若该直线最窄宽度小于机器人直径，机器人暂时停止行动；
S10，若该直线最窄宽度大于机器人直径，计算出该直线最窄宽度的中点，平移该直线使其穿过中点，平移后的直线即是机器人导航的参考路线；
S11，确定参考路线后，若机器人处于参考路线上，机器人沿参考路线移动；
S12，确定参考路线后，若机器人未处于参考路线上，机器人向参考路线移动，到达参考路线后沿参考路线移动；
机器人向参考路线行驶包括：
机器人距离参考路线大于10cm时，取机器人到参考路线10cm的距离点作为机器人行进的目标点；
机器人距离参考路线小于等于10cm时，以机器人当前坐标为圆心，10cm为半径，做圆使之和当前参考路线相交，取临近最窄处的交点作为机器人当前行进的目标点；
以机器人位置为原点，机器人朝向为x轴方向，过机器人坐标系原点，做x轴的切弧，使弧线经过目标点，计算出弧长l、圆心角θ；
机器人沿切弧向目标点移动，到达目标点后沿参考路线移动。
机器人移动的线速度最大值为0.3m/s；当圆心角大于0.57时，以目标速度0.1m/s，加速度为-0.3m/s2做减速运动；如果机器人当前速度小于等于0.1m/s，则以0.1m/s为线速度移动；当机器人距离最窄处小于0.1m时，机器人以目标速度0.1m/s，加速度为-0.3m/s2做减速运动，如果机器人当前速度小于等于0.1，则以0.1为线速度移动；其他情况下，机器人以0.3m/s为目标速度，加速度为0.3m/s2，做加速运动。
时间t＝l/v；角速度ω＝θ/t；根据弧的方向，顺时针时为角速度添加负号，逆时针时为正值；从机器人距离最窄处小于0.01cm的瞬间，开始进行下一段路导航，其导航方式略有不同：机器人线速度保持0.06m/s，角速度为0，迅速通过最窄处即可。
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 (8)
1.一种机器人通过狭窄通道的方法，其特征在于，包括以下步骤：
在狭窄通道处周围划定范围；
将激光雷达观测的周围环境进行运算，得到周围环境的点云数据；
将周围环境的点云数据转换成坐标系上的点，得到落在划定范围内的点云；
根据机器人的起点和狭窄通道最窄处的点，在坐标系上确定连接两点的初始直线；
以狭窄通道最窄处的点为固定点，初始直线绕所述固定点进行旋转，生成若干条预选通道直线；
将划定范围内的点代入到每条预选通道直线中，根据代入直线Ax+By+C的结果是否大于零，将划定范围内的点云分为两个部分；
分别计算每条预选通道直线两侧点云中距离直线最近的点，计算两点之间的距离，得到预选通道的最窄宽度；
筛选出预选通道直线中最窄宽度最大的直线，若该直线最窄宽度小于机器人直径，机器人暂时停止行动；
若该直线最窄宽度大于机器人直径，计算出该直线最窄宽度的中点，平移该直线使其穿过中点，平移后的直线即是机器人导航的参考路线；
机器人向参考路线移动，到达参考路线后沿参考路线移动。
2.根据权利要求1所述的一种机器人通过狭窄通道的方法，其特征在于：确定参考路线后，机器人处于参考路线上，机器人沿参考路线移动。
3.根据权利要求1所述的一种机器人通过狭窄通道的方法，其特征在于，机器人向参考路线行驶包括：
机器人距离参考路线大于10cm时，取机器人到参考路线10cm的距离点作为机器人行进的目标点；
机器人向目标点移动，沿参考路线移动。
4.根据权利要求1所述的一种机器人通过狭窄通道的方法，其特征在于，机器人向参考路线行驶包括：
机器人距离参考路线小于等于10cm时，以机器人当前坐标为圆心，10cm为半径，做圆使之和当前参考路线相交，取临近最窄处的交点作为机器人当前行进的目标点；
机器人向目标点移动，沿参考路线移动。
5.根据权利要求1所述的一种机器人通过狭窄通道的方法，其特征在于：在划定范围之前，在机器人定位导航的地图中标注起点、终点和狭窄通道最窄处的位置。
6.根据权利要求1所述的一种机器人通过狭窄通道的方法，其特征在于：划定的范围呈矩形，狭窄通道最窄处设于矩形范围的中心。
7.根据权利要求1所述的一种机器人通过狭窄通道的方法，其特征在于：根据机器人的起点和狭窄通道最窄处两个点连成的直线Ax+By+C＝0的斜截式kx+b＝y；
计算该直线与x轴的夹角，θ＝arctan(k)；
在[θ-15,θ+15]之间，生成若干角度{θ0，θ2，...}；
根据生成的若干角度，生成若干相应角度的斜率，k＝tanθ；
根据每条直线必经狭窄通道最窄处那个点，算出每条直线相对应的b。
8.根据权利要求3或4所述的一种机器人通过狭窄通道的方法，其特征在于，机器人向目标点移动包括：
以机器人位置为原点，机器人朝向为x轴方向，过机器人坐标系原点，做x轴的切弧，使弧线经过目标点；
机器人沿切弧向目标点移动。
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