The present invention provides an autonomous mobile robot is a kind of safe navigation method based on formalized description of the ground, including the abstract model of robot autonomous navigation system, using formal methods to describe the robot navigation algorithm, analysis of security constraints navigation system and the conditions for the constraints to solve for algorithm validation. The system model of the robot based on the omnidirectional mobile platform, autonomous navigation algorithm is proposed to follow the safety limits of passive friendly, control input to be verified using the formal method of solution in the navigation system. The invention provides an effective robot autonomous navigation algorithm, and uses differential dynamic logic to solve the next time security control input according to the running state of the current system. The invention can be applied to the autonomous navigation system of the robot to guarantee the completeness of the safety mechanism of the navigation system.
【技术实现步骤摘要】
一种基于形式化描述的地面自主移动机器人安全导航方法
本专利技术涉及机器人导航和混成系统形式化验证组合领域,尤其涉及一种基于形式化描述的机器人自主安全导航方法。
技术介绍
机器人安全导航(RobotSafetyNavigation)技术用于检测动态的非结构化环境下机器人系统存在的碰撞危险,解决机器人在自主移动中遇到的路径规划问题,实现机器人在复杂场景下的无碰撞导航。机器人安全导航技术作为自主移动机器人的关键技术,是基于移动机器人的控制体系结构的。根据系统中可控制的变量数目是否小于其姿态空间的维数分为完整系统运动规划和非完整系统运动规划,进一步考虑基于运动学约束的系统路径规划。在过去的研究中,研究人员已经提出了很多导航方法,如人工试场法,随机路径规划法,栅格法,A*/D*法,但是这些方法都没有从混成系统的角度出发,对导航系统的安全性质进行完备验证。机器人导航系统是一个典型的混成系统,包括离散的控制指令跳转和连续的运动行为交织。近年来,在混成系统形式化建模与验证领域的研究越来越多,采用模型检验和定理验证的方法对复杂的软硬件系统进行安全验证取得了很好的效果。
技术实现思路
为了解决移动机器人自主安全导航问题,本专利技术提供了一种实时的,满足形式化规约的安全导航算法。由于人力无法穷尽地遍历导航系统所有可能的运行输入与场景,采用该算法保障实时控制系统的安全性。为了达到上述技术效果,本专利技术技术方案如下:一种基于形式化描述的机器人自主安全导航方法,包含以下步骤:步骤1:对机器人导航系统进行抽象建模,并且对其需要满足的安全性质进行形式化规约;步骤2:采用形式化语言描述机器人 ...
【技术保护点】
一种基于形式化描述的地面自主移动机器人安全导航方法,其特征在于,包含以下步骤:步骤1:对机器人导航系统进行抽象建模,并且对其需要满足的安全性质进行形式化规约;步骤2:采用形式化语言描述机器人安全导航算法;步骤3:建立机器人导航系统的状态迁移模型,通过形式化解算判定任意时刻满足安全性质的控制输入,并对机器人运动状态进行预测和更新。
【技术特征摘要】
1.一种基于形式化描述的地面自主移动机器人安全导航方法,其特征在于,包含以下步骤:步骤1:对机器人导航系统进行抽象建模,并且对其需要满足的安全性质进行形式化规约;步骤2:采用形式化语言描述机器人安全导航算法;步骤3:建立机器人导航系统的状态迁移模型,通过形式化解算判定任意时刻满足安全性质的控制输入,并对机器人运动状态进行预测和更新。2.根据权利要求1所述的一种基于形式化描述的机器人自主安全导航方法,其特征在于,所述步骤1的过程如下:1)抽象机器人的运动轨迹为分段直线,机器人的运动状态模型为:式中表示机器人在二维平面中的位置,和分别表示在x,y方向上的分量;式中表示机器人在二维平面中的速度,vr表示速度的模,和分别表示速度方向向量在x,y方向上的分量;式中ar表示机器人在二维平面中的加速度,加速度与速度具有相同的方向;t表示运动时间。2)采用建模语言对系统中物体的离散控制行为和连续运动状态进行形式化描述:包括机器人的离散控制行为ctrlo和环境中障碍物的离散控制行为ctrlr,以及系统中所有运动物体的连续运动演化dyn;3)首先根据全向移动机器人的运动学约束,对模型中的离散控制输入参数进行限定:ar∈[-B,A],vr∈[0,V],根据移动平台的最大制动能力定义加速度下限B;根据最大加速能力定义加速度上限A;根据最大速度限制定义速度上限V,再根据被动友好(PassiveFriendlySafety)安全性质定义导航系统的安全限制条件,避免机器人和障碍物发生碰撞:其中φ为需要满足的安全条件;为障碍物的当前位置;为障碍物到机器人的距离;为机器人从当前状态到下一次控制单元发送制动指令前的运行距离,其中ε为从机器人控制单元发送指令到运动机构开始执行的间隔时间;为控制单元发送制动指令到机器人到达静止状态,机器人运行的距离;为障碍物从原速运动到发现机器人后减...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。