[发明专利]一种基于回声流的三维防撞方法

说明书

本发明提供一种基于回声流的三维防撞方法。该方法包括：计算系统航向到障碍物的距离范围公式；计算系统速度沿航向上的投影；计算系统回声流方程；对系统回声流方程求导，设置系统回声流方程导数则系统在障碍物前停止，可以避免与障碍物发生碰撞。本发明在复杂环境中能够模仿自然界中蝙蝠避障方式，通过调整τ′可以控制碰撞的形式或避免碰撞。这为许多应用提供了一个简单但强大研究基础。

技术领域

本发明涉及回声感测和控制技术领域，特别是涉及一种基于回声流的三维防撞方法。

背景技术

Gibson提出光流概念，Lee和他的同事发展了光流，解释了人和动物如何在不需要计算和重新计算所有物体和障碍物的位置以及自身位置的情况下，就能在复杂的环境中导航。在此基础上，Graeme E.Smith将此概念扩展到回声感测领域，提出通过控制碰撞时间及其导数就能避免碰撞的方法。

研究发现回声定位蝙蝠控制回声流作为一种能够避障的方法。蝙蝠采用一种策略，计算τ及其导数作为范围和角度的函数(τ表示相对运动中物体碰撞的时间)，其中范围和角度τ的导数的值取一个特定值，这只会在正执行任务的一个功能而被改变。因此，控制τ及其导数就能为避免或控制碰撞提供基础。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于回声流的三维防撞方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于回声流的三维防撞方法，包括：计算系统航向到障碍物的距离范围公式；计算系统速度沿航向上的投影；计算系统回声流方程；对系统回声流方程求导，设置系统回声流方程导数则系统在障碍物前停止，可以避免与障碍物发生碰撞。

本发明的有益效果是：本发明一种基于回声流的三维防撞方法，在复杂环境中完成不同动作时，能够模仿自然界中蝙蝠避障方式，通过调整τ′可以控制碰撞的形式或避免碰撞。这为许多应用提供了一个简单但强大研究基础。

为使本发明的上述目的、特征和技术方案能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明基于回声流的三维防撞方法坐标示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、特征和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和展示出的本发明实施例可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。

蝙蝠采用一种策略，计算τ及其导数作为范围和角度的函数(τ表示相对运动中物体碰撞的时间)，其中范围和角度τ的导数的值取一个特定值，这只会在正执行任务的一个功能而被改变。τ由下式给出：

τ(r)＝r/r′

其中r是检测对象的范围，r′是当前和先前测量之间对象的范围变化。τ(r)是对碰撞时间的直接测量，具有时间单位。回声流的时间导数是：

令通过求解上述二阶微分方程可得：

这里用r₀和r′₀表示时间t＝0s时的距离和速度，τ₀＝r₀/r′₀，k取不同值的情况为：如果k<1/2，则系统在障碍物前停止；如果k>1/2系统与障碍物发生碰撞；如果k＝1/2那么系统就会在障碍物的位置停止。因此，通过调整k可以控制碰撞的形式或避免碰撞。