[发明专利]一种机器人避障方法和系统

说明书

本发明公开了一种机器人避障方法和系统，所述方法如下：机器人先规划一条前往预设目标点的全局最优路径，然后结合传感器数据和动态变化的仿真时间来进行运动仿真，以获得机器人下一时刻适应地形的最优移动轨迹。本发明对经典的动态窗口方法进行改进，通过自适应模糊方法动态调整仿真时间可以让机器人在不同的障碍物分布下实现自适应避障。

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种机器人避障方法和系统。

背景技术

在运动机器人中，避障是一项必不可少的功能。而动态窗口方法作为经典的局部规划算法之一，因为高实时性和低复杂度经常被应用在机器人上。但是经典的动态窗口方法具有局限性，在每次进行运动仿真的计算中仅采用固定尺度的仿真时间，导致避障只能单一适应狭窄区域或空旷区域。如何让机器人能够使用动态窗口方法实现多地形的自适应避障是当前面临的一个挑战。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种机器人避障方法和系统，通过调整仿真时间使机器人能够使用动态窗口方法实现多地形的自适应避障。本发明的具体技术方案如下：

一种机器人避障方法，所述方法包括如下步骤：S1，机器人在静态地图上规划一条前往预设目标点的全局最优路径；S2，机器人读取运动仿真所需数据，然后设置仿真时间并结合所述全局最优路径进行运动仿真，得到若干仿真轨迹；S3，机器人对仿真轨迹进行检测以判断是否需要调整仿真时间，若否，则选择其中的最优移动轨迹进行移动，然后返回S2执行直至机器人到达预设目标点，若是，则进入S4；S4，机器人调整仿真时间，然后检测仿真时间是否满足预设条件，若是，则重新进行运动仿真，然后返回S3，若否，则执行预设动作后返回S2。本发明所述的方法可以动态地调整机器人的仿真时间，机器人再根据相应的仿真时间来规划最优的移动路径，提高机器人的避障能力。

进一步地，所述步骤S2中，运动仿真所需数据包括当前位姿信息、运动参数和采样速度，其中，当前位姿信息包括机器人当前位置坐标和当前机头朝向角，运动参数包括机器人半径、轮间距和默认加速度，采样速度通过机器人当前的速度信息以及默认加速度形成的速度采样窗口采样得到，所述速度信息由速度传感器提供。

进一步地，所述步骤S2中设置仿真时间的方法为，机器人判断在其当前位置预设范围内的障碍物点云个数是否小于预设个数，若否，则采用第一预设时间作为仿真时间，若是，则采用第二预设时间作为仿真时间，所述第一预设时间小于第二预设时间。在障碍物较密集的狭窄区域采用较小的仿真时间，可以避免仿真得到的模拟轨迹一直存在碰撞，在障碍物较少的空旷区域采用较大的仿真时间，可以避免模拟轨迹陷入震荡或局部最优解。

进一步地，所述步骤S3中判断是否需要调整仿真时间的方法为，若机器人检测到所有的仿真轨迹都显示碰撞，则需要调整仿真时间，若机器人检测到存在至少一条无碰撞的仿真轨迹，则无需调整仿真时间。对仿真时间进行调整可以让机器人在狭窄区域中更好地行走。

进一步地，所述步骤S3中获得最优移动轨迹的方法为，机器人将所述仿真轨迹、全局最优路径、障碍物点云信息和权重信息输入轨迹代价函数中进行加权计算，其中代价函数值最低的仿真轨迹即为最优移动轨迹。使用评价函数进行加权计算得到的最优移动轨迹可以让机器人更好更快地行走。

进一步地，所述步骤S4中调整仿真时间的方法为，首先设定一个常数，然后对仿真时间执行递减，直至运动仿真后检测到存在至少一条无碰撞的仿真轨迹或仿真时间缩短至预设值时为止。对仿真时间进行调整可以让机器人在狭窄区域中更好地行走。

进一步地，所述步骤S4中检测仿真时间是否满足预设条件的方法为，首先设定一个预设最小值，然后比较仿真时间与预设最小值的大小，若仿真时间大于预设最小值，则仿真时间满足预设条件，否则不满足。在仿真时间缩短至最小值时，不再进行运动仿真，避免模拟轨迹陷入震荡。