一种机器人的贴边行走方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种机器人的贴边行走方法，包括：步骤S100获取机器人贴边行走环境的地图信息；步骤S200根据获取的所述地图信息滤除空白区间，创建包括障碍物空间信息的初始路线；步骤S300根据所述初始路线进行模拟行走，修正并创建机器人贴边行走的第一路线；步骤S400控制机器人根据所述第一路线完成贴边行走。本发明专利技术的目的是提供了一种机器人的贴边行走方法及系统，以实现在已知环境中，非完整性约束机器人能跟随生成的路线一次性完成整个贴边行走，而不会发生碰撞或倒车行为，从而提高机器人行走效率，保证安全性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机器人路线规划领域，特别是涉及一种机器人的贴边行走方法及系统。
技术介绍
贴边行为，又称沿墙行为，是指移动机器人能沿着障碍物轮廓行走，并保持一定距离的行为，是移动机器人，尤其是室内移动机器人的一项基本且重要的能力。在室内清洁、沿障碍物轮廓避障、陌生环境导航、机器人定位与地图构建等场景中，贴边行为均有应用，尤其是目前市场上的清洁机器人一般都具备贴边能力，以提升清洁效率和清扫效果。目前关于贴边问题的研究多数集中在圆形机器人在陌生环境中的贴边行为，其方案一般采用红外、超声、声纳、激光等传感器实时检测周围障碍物信息以及机器人与障碍物的位置信息，从而实现移动机器人在陌生环境中的贴边行为。而某些场合下，机器人可能只需要完成一块区域的贴边行走，即有一部分贴边路线是在区域间的空闲区域穿过，此时上述的研究成果则无法完成该任务，需要预先获取环境地图，或者一条参考路线。同时，上述研究中的圆形机器人在遇到拐弯时可以原地旋转，实现拐弯，但由于贴边时机器人距离障碍物较近，非完整性约束机器人的拐弯行为必须考虑机器人外形等运动学因素，以避免发生碰撞。因此，针对非圆形机器人的贴边行走，算法更为复杂，已有的贴边算法无法满足要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供了一种机器人的贴边行走方法及系统，以实现在已知环境中，非完整性约束机器人能跟随生成的路线一次性完成整个贴边行走，而不会发生碰撞或倒车行为，从而提高机器人行走效率，保证安全性。本专利技术提供的技术方案如下：本专利技术提供一种机器人的贴边行走方法，包括：步骤S100获取机器人贴边行走环境的地图信息；步骤S200根据获取的所述地图信息挥发空白区间，创建包括障碍物空间信息的初始路线；步骤S300根据所述初始路线进行模拟行走，修正并创建机器人贴边行走的第一路线；步骤S400控制机器人根据所述第一路线完成贴边行走。在本专利技术中，相较于已有的贴边算法和蚁群算法，本专利技术对其进一步的改进，本专利技术所生成的贴边路线能保证非完整性约束机器人一次性完成整个贴边过程，而不会发生与障碍物碰撞或倒车等行为，从而提高机器人行走效率，保证安全性。进一步，优选的，所述步骤S300包括：步骤S310获取机器人在出发点的初始化参数，并根据所述初始化参数开始模拟行走；步骤S320判断机器人在当前模拟行走路线上行走是否结束；当未结束时，执行步骤S330；否则执行步骤S350；步骤S330根据预设的规则算法获取机器人在所述当前模拟行走路线上继续行走的路线下一位置信息点的参数信息；步骤S340根据机器人行走的路线下一位置信息点的参数信息更新所述当前模拟行走路线的信息素；并返回执行步骤S320；步骤S350判断机器人的所述当前模拟行走路线上的位置信息点的参数信息是否满足所述第一路线的参数信息，当满足时，执行步骤S360，否则，执行步骤S310；步骤S360将所述当前模拟行走路线设置为所述第一路线。在本专利技术中，通过初始化信息素为本次行走提供了有利的参数基础，在模拟行走过程中实时判断并获取参数信息，为下一位置信息点的行走提供参数信息，提高机器人通过路线各点的概率，提升算法收敛速度；保障为机器人模拟行走提供可靠的路线信息。优选的，所述步骤S330包括：步骤S331获取机器人在所述当前模拟行走路线上所述当前位置信息点、上一位置信息点、下一位置信息点，以所述当前位置信息点为中心点，与所述上一位置信息点、所述下一位置信息点之间的产生行走距离建立速度夹角；步骤S332根据所述速度夹角与所述初始路线对应的位置信息点的速度角度之间的偏差，对所述位置信息点上的各角速度设置能见度的参数信息；步骤S333根据当前位置信息点的角速度、所述能见度、所述信息素，获取所述当前位置信息点的概率合成；步骤S334根据所述合成概率进一步获取所述当前模拟行走路线上当前位置信息点上各角速度分别对应的占比；步骤S335根据所述占比，和/或，所述预设规则获取所述当前位置信息点的角速度；步骤S336判断所述当前位置信息点行走的角速度获取是否成功，当失败时，执行步骤S337；否则，当成功时，执行步骤S338；步骤S337将所述当前位置信息点行走的角速度设置为零；步骤S338在所述当前模拟行走路线上根据获取的所述当前位置信息点的角速度和建立的所述速度夹角行走至所述下一位置信息点。在本专利技术中，对于角速度的选取采用两种算法的结合实现，一是采用轮盘赌法随机，另一是采用合成概率的占比实现，当角速度都不符合上述结合的要求时，即没有选取成功时，采用将角速度设置为0，即根据线速度的大小完成模拟想走路线；这样保障角速度的选取的准确严密性，不会造成机器人在没有路障的情况下停止工作，保障行走任务顺利进行，提供了工作的效率。进一步，优选的，所述步骤S350包括：步骤S351根据更新后的所述当前位置点的信息素判断是否满足所述当前模拟行走路线的要求，当满足要求时，执行步骤S352，当未满足要求时，执行步骤S353；步骤S352判断更新后的所述当前模拟行走路线是否超过与所述初始路线的角速度的偏差阈值，当超过时，执行步骤S353，当未超过时，执行步骤S354；步骤S353将所述当前模拟行走路线上位置信息点的角速度根据预设比例调小，结束所述当前模拟行走路线，执行步骤S340；步骤S354判断机器人在所述当前模拟行走路线模拟行走的方向是否靠近所述终点，当是时，执行步骤S355，否则执行步骤S366；步骤S355对比机器人在所述当前模拟行走路线与上一次的模拟行走路线的参数偏差是否减小，当减小时，执行步骤S356，否则执行步骤S357；其中参数偏差包括：位置偏差、角度偏差；步骤S356将所述当前模拟行走路线的参数的信息素增强，设置为选中信息素；执行步骤S360；步骤S357将所述当前模拟行走路线的参数的信息素减少，设置为挥发信息素，返回执行步骤S310。在本专利技术中，本专利技术对传统蚁群算法的改进中，通过对信息素更新方式、信息素更新评价标准、能见度生成标准等方面进行了大量改进，以提高蚁群算法的收敛速度，并且适用于非完整性约束机器人的贴边场景。进一步，优选的，所述步骤S320包括：步骤S321判断机器人当前位置信息点是否到达所述当前模拟行走路线上的终点，当为终点时，执行步骤S350；和/或，步骤S322判断与所述当前模拟行走路线上障碍物是否发生碰撞，当发生碰撞时，执行步骤S323；步骤S322对所述当前模拟行走路线进行标记信息素，重新返回步骤S310。在本专利技术中，应用改进后的算法在于，并不能保证每次迭代都能得到一条从起点到终点的完整路线，一旦机器人在模拟行走过程中发生碰撞，或者走到终点，则迭代结束，并更新所走过的路线上可选角速度的信息素；本专利技术意义在于根据应用场景的特殊性，更加变通的选择更优路线适应特殊场合。进一步，优选的，所述步骤S310包括：步骤S311获取机器人在所述初始路线的全局坐标中的初始位置信息点；步骤S312根据所述初始位置信息点获取机器人模拟行走的初始化参数，并以所述初始化标记机器人行走的初始信息素。进一步，优选的，对于所述概率合成的模型包括：m--可选角速度个数，α--表示信息素的权重，β--能见度的权重，--在i点的信息素，i--在模拟行走路线上第i个位置信息点，k--可选角速度列表中第k个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机器人的贴边行走方法，其特征在于，包括：步骤S100获取机器人贴边行走环境的地图信息；步骤S200根据获取的所述地图信息滤除空白区间，创建包括障碍物空间信息的初始路线；步骤S300根据所述初始路线进行模拟行走，修正并创建机器人贴边行走的第一路线；步骤S400控制机器人根据所述第一路线完成贴边行走。

【技术特征摘要】
1.一种机器人的贴边行走方法，其特征在于，包括：步骤S100获取机器人贴边行走环境的地图信息；步骤S200根据获取的所述地图信息滤除空白区间，创建包括障碍物空间信息的初始路线；步骤S300根据所述初始路线进行模拟行走，修正并创建机器人贴边行走的第一路线；步骤S400控制机器人根据所述第一路线完成贴边行走。2.根据权利要求1所述的机器人的贴边行走方法，其特征在于，所述步骤S300包括：步骤S310获取机器人在出发点的初始化参数，并根据所述初始化参数开始模拟行走；步骤S320判断机器人在当前模拟行走路线上行走是否结束；当未结束时，执行步骤S330；否则执行步骤S350；步骤S330根据预设的规则算法获取机器人在所述当前模拟行走路线上继续行走的路线下一位置信息点的参数信息；步骤S340根据机器人行走的所述路线下一位置信息点的参数信息更新所述当前模拟行走路线的信息素；并返回执行步骤S320；步骤S350判断机器人的所述当前模拟行走路线上的位置信息点的参数信息是否满足所述第一路线的参数信息，当满足时，执行步骤S360，否则，执行步骤S310；步骤S360将所述当前模拟行走路线设置为所述第一路线。3.根据权利要求2所述的机器人的贴边行走方法，其特征在于，所述步骤S330包括：步骤S331获取机器人在所述当前模拟行走路线上所述当前位置信息点、上一位置信息点、下一位置信息点，以所述当前位置信息点为中心点，与所述上一位置信息点、所述下一位置信息点之间的产生行走距离建立速度夹角；步骤S332根据所述速度夹角与所述初始路线对应的位置信息点的速度角度之间的偏差，对所述位置信息点上的各角速度设置能见度的参数信息；步骤S333根据当前位置信息点的角速度、所述能见度、所述信息素，获取所述当前位置信息点的概率合成；步骤S334根据所述合成概率进一步获取所述当前模拟行走路线上当前位置信息点上各角速度分别对应的占比；步骤S335根据所述占比，和/或，所述预设规则获取所述当前位置信息点的角速度；步骤S336判断所述当前位置信息点行走的角速度获取是否成功，当失败时，执行步骤S337；否则，当成功时，执行步骤S338；步骤S337将所述当前位置信息点行走的角速度设置为零；步骤S338在所述当前模拟行走路线上根据获取的所述当前位置信息点的角速度和建立的所述速度夹角控制机器人行走至所述下一位置信息点。4.根据权利要求2所述的机器人的贴边行走方法，其特征在于，所述步骤S350包括：步骤S351根据更新后的所述当前位置点的信息素判断是否满足所述当前模拟行走路线的要求，当满足要求时，执行步骤S352，当未满足要求时，执行步骤S353；步骤S352判断更新后的所述当前模拟行走路线是否超过与所述初始路线的角速度的偏差阈值，当超过时，执行步骤S353，当未超过时，执行步骤S354；步骤S353将所述当前模拟行走路线上位置信息点的角速度根据预设比例调小，结束所述当前模拟行走路线，执行步骤S340；步骤S354判断机器人在所述当前模拟行走路线模拟行走的方向是否靠近所述终点，当是时，执行步骤S355，否则执行步骤S356；步骤S355对比机器人在所述当前模拟行走路线与上一次的模拟行走路线的参数偏差是否减小，当减小时，执行步骤S356，否则执行步骤S357；其中参数偏差包括：位置偏差、角度偏差；步骤S356将所述当前模拟行走路线的参数的信息素增强，设置为选中信息素；执行步骤S360；步骤S357将所述当前模拟行走路线的参数的信息素减少，设置为挥发信息素，返回执行步骤S310。5.根据权利要求2所述的机器人的贴边行走方法，其特征在于，所述步骤S320包括：步骤S321判断机器人当前位置信息点是否到达所述当前模拟行走路线上的终点，当为终点时，执行步骤S350；和/或，步骤S322判断与所述当前模拟行走路线上障碍物是否发生碰撞，当发生碰撞时，执行步骤S323；步骤S322对所述当前模拟行走路线进行标记信息素，重新返回步骤S310。6.根据权利要求2所述的机器人的贴边行走方法，其特征在于，所述步骤S310包括：步骤S311获取机器人在所述初始路线的全局坐标中的初始位置信息点；步骤S312根据所述初始位置信息点获取机器人模拟行走的初始化参数，并以所述初始化标记机器人行走的初始信息素。7.根据权利要求3所述的机器人的贴边行走方法，其特征在于，对于所述概率合成的模型包括：m--可选角速度个数，α--表示信息素的权重，β--能见度的权重，--在i点的信息素，i--在模拟行走路线上第i个位置信息点，k--表示可选角速度列表中第k个角速度。8.根据权利要求4所述的机器人的贴边行走方法，其特征在于，所述增加信息素的模型包括：ρ--信息素的蒸发率，且0＜ρ≤1；i--在模拟行走路线上第i个位置信息点，j--所述机器人行走的方向、所述位置偏差、所述角度偏差。9.根据权利要求4所述的机器人的贴边行走方法，其特征在于，所述信息素挥发的模型包括：10.一种机器人的贴边行走系统，其特征在于，包括：地图获取单元，获取机器人贴边行走环境的地图信息；初始路线创建单元，与所述地图获取单元电连接，滤除所述地图获取模块获取的所述地图信息的空白区间，创建包括障碍物空间信息的初始路线；第一路线创建单元，与所述初始路线创建单元电连接，根据所述初始路线创建模块创建的所述初始路线进行模拟行走，修正并创建机器人贴边行走的第一路线；控制单元，与所述第一路线创建单元电连接，控制机器人根据所述第一路线创建模块建立的所述第一路线完成贴边行走。11.根据权利要求10所述的机器人的贴边行走系统，其特征在于，所述第一路线建立模块包括：参数初始化模块，获取机器人在出发点的初...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建明，张小，章征贵，
申请(专利权)人：上海物景智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31