一种复杂形状机器人避碰路径的方法技术

本发明专利技术涉及一种复杂形状机器人避碰路径规划，提出一种基于线段之间最短距离检测的避碰方法，将人工势场法和线段最短距离检测法结合，利用当前机器人所受的合力来控制机器人当前的速度及旋转角速度，并通过坐标变换来实现机器人姿态的实时改变。针对不同复杂形状的机器人和不同地图环境，完成了机器人的避碰路径规划。本设计为机器人路径规划方法的进一步实用化提供支撑。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种复杂形状机器人避碰路径规划，提出一种基于线段之间最短距离检测的避碰方法，将人工势场法和线段最短距离检测法结合，利用当前机器人所受的合力来控制机器人当前的速度及旋转角速度，并通过坐标变换来实现机器人姿态的实时改变。针对不同复杂形状的机器人和不同地图环境，完成了机器人的避碰路径规划。本设计为机器人路径规划方法的进一步实用化提供支撑。 <b/>【专利说明】 所属
本专利技术涉及一种机器人避碰路径规划，尤其涉及一种复杂形状机器人避碰路径的 方法。
技术介绍
机器人技术是在新技术革命中迅速发展起来的一门新兴学科，它在众多科技领域 与生产部门中得到了广泛的应用。移动机器人具有移动能力，与其他固定式机器人比起来 具有一定优势，这使得它可以适应更多的环境去代替我们完成一些高危工作，而在未知的 环境中移动机器人通常会遇到形状姿态各异的障碍物，如何及时有效地躲开这些障碍物成 为其性能衡量的重点。移动机器人是机器人研究领域的一个重要分支，而路径规划是移动 机器人的一个重要问题，它的目标是在一个存在障碍物的环境中，为移动机器人寻找一条 无碰障路径。在以往移动机器人路径规划中，多数将机器人简化为圆形等简单形状，而为实 现机器人上加装各类辅助设备的需求，需针对任意形状的机器人，研究其在复杂环境下的 避碰路径规划问题。 随着计算机、智能控制、信息等技术的进一步发展，对移动机器人性能的要求也越 来越高，希望给它添加更多功能使其能执行更多更复杂的智能化作业，具有更广泛的实用 性。但鉴于机器人自身结构和形状的局限性，以往那些基于简单形状的移动机器人并不能 满足这样的要求，研究形状复杂的机器人避障问题成为未来的发展趋势。机器人周围的复 杂环境也对机器人的避碰路径规划提出了更高要求，一般将机器人路径规划按其周围环境 信息程度分为两种类型：全局路径规划和局部路径规划。其中全局路径规划针对的是环境 信息都知道的情况，而局部路径规划针对的是环境信息未知或部分可知的情况。对于全局 路径规划避碰问题，之前已经有一些效果很好的方法解决了，但对于环境不能完全明了的 局部路径规划避碰仍是比较棘手的问题。 机器人的避碰路径规划一直以来都是机器人研究领域的难点，以往机器人路径规 划中，多数将机器人简化为圆形等简单形状，而为实现机器人上加装各类辅助设备的需求 (例如机械臂、测距仪等)，需针对任意形状的机器人，研究其在复杂环境下的避碰路径规划 问题，为机器人路径规划方法的进一步实用化提供支撑。
技术实现思路
本专利技术的目的在于设计一种复杂形状机器人避碰路径规划。本设计提出一种基于 线段之间最短距离检测的避碰方法，开发出一个可以实现复杂形状机器人避碰路径规划的 仿真平台，为机器人路径规划方法的进一步实用化提供了支撑。 本专利技术的目的是这样实现的： ，其特征在于：所述方法包括以下步骤：检测地 图上有无目标点： (1)没有目标点，则程序不会往下走，而是会循环地检测直到检测到目标点为止； (2)检测到有目标点，计算机器人初始位置与目标点的距离，然后判断其距离是否大于 5.O： (a) 距离是在5.O这个范围内，则可以认为机器人已经到达目标点； (b) 距离超过5.O这个范围，机器人并未到达目标点，需要寻址路径规划，程序继续往 下走；引进目标牵引力使机器人动起来，并检测周围600距离范围内是否存在障碍物，如果 没有，则继续前进直到到达目标点；如果有则对各障碍物进行最短距离检测，求出各障碍物 与机器人之间的距离，并将此距离返回值带入到基于人工势场的算法中从而控制机器人绕 过障碍物前行直到最终到达目标点。 根据权利要求1所述的，其特征在于：工作 原理是：机器人通过线段最短距离检测将周围检测到的各障碍物距离矢量通过势场函数转 化为与距离相关的斥力界，其方向与距离矢量平行；而目标点与机器人的距离及角度信息 则转化为吸引力，*，这个力为一定值；将两种势场力均平移至机器人形心得到一个矢量和 为机器人在该力的作用下能够合理的避开障碍物趋向目标，需明确下一时刻机器人 的运动状况，由于机器人在运动过程中不仅作平移运动，同时也在不断做旋转运动；可通过 机器人每一时刻所受的合力&来控制其平动加速度和转动加速度以达到运动规划目的； 具体分析过程如下： 将机器人所受合力在局部坐标系下进行分解： =Fx +Fj &沿机器人本体坐标y轴方向，控制机器人每一时刻速度的变化;/^沿机器人局部本体 坐标X轴方向，控制机器人每一时刻的旋转运动过程； 【权利要求】1. ，其特征在于：所述方法包括以下步骤：检测 地图上有无目标点： (1) 没有目标点，则程序不会往下走，而是会循环地检测直到检测到目标点为止； (2) 检测到有目标点，计算机器人初始位置与目标点的距离，然后判断其距离是否大于 5.O： (a) 距离是在5.O这个范围内，则可以认为机器人已经到达目标点； (b) 距离超过5.O这个范围，机器人并未到达目标点，需要寻址路径规划，程序继续往 下走；引进目标牵引力使机器人动起来，并检测周围600距离范围内是否存在障碍物，如果 没有，则继续前进直到到达目标点；如果有则对各障碍物进行最短距离检测，求出各障碍物 与机器人之间的距离，并将此距离返回值带入到基于人工势场的算法中从而控制机器人绕 过障碍物前行直到最终到达目标点。2. 根据权利要求1所述的，其特征在于：工作原 理是：机器人通过线段最短距离检测将周围检测到的各障碍物距离矢量通过势场函数转化 为与距离相关的斥力九，其方向与距离矢量平行；而目标点与机器人的距离及角度信息则 转化为吸引力1?，这个力为一定值；将两种势场力均平移至机器人形心得到一个矢量和为 Λ;机器人在该力的作用下能够合理的避开障碍物趋向目标，需明确下一时刻机器人的 运动状况，由于机器人在运动过程中不仅作平移运动，同时也在不断做旋转运动；可通过机 器人每一时刻所受的合力来控制其平动加速度和转动加速度以达到运动规划目的；具 体分析过程如下： 将机器人所受合力在局部坐标系下进行分解： F令= &沿机器人本体坐标y轴方向，控制机器人每一时刻速度的变化;/^沿机器人局部本体 坐标X轴方向，控制机器人每一时刻的旋转运动过程；其中= 辱，为机器人的直线加速度，at为机器人的旋转加速度； 在机器人本体坐标y轴方向上，根据质点的力与加速度的关系定律有如下公式，》为机 器人的虚拟质量，为一定值，适当地改变可以决定机器人速度变化的快慢；根据转动惯量与角加速度的乘积等于作用于刚体上的外力对转轴之力矩的代数和，可 以得到机器人的转动加速度值；具体公式如下：/为机器人的虚拟转动惯量，为机器人本体旋转半径，两者均为定值且随形状不同而 不同，可以适当改变去控制机器人角速度变化快，由动量公式得： J5*- Ai = πτν(? + Δ?) -mv{￡j 在一个很短的脉冲时间泣内，可近似认为：综合得：其中V?、--分别为机器人当前运动时刻的平动速度和转动速度，而!#+Af)、 为下一时刻移动机器人所需的平动速度控制输入与转动速度控制输入值；这样根 据机器人运行环境不断地改变速度与旋转角速度的值，最终使本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复杂形状机器人避碰路径的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：检测地图上有无目标点：（1）没有目标点，则程序不会往下走，而是会循环地检测直到检测到目标点为止；（2）检测到有目标点，计算机器人初始位置与目标点的距离，然后判断其距离是否大于5.0：（a）距离是在5.0这个范围内，则可以认为机器人已经到达目标点；（b）距离超过5.0这个范围，机器人并未到达目标点，需要寻址路径规划，程序继续往下走；引进目标牵引力使机器人动起来，并检测周围600距离范围内是否存在障碍物，如果没有，则继续前进直到到达目标点；如果有则对各障碍物进行最短距离检测，求出各障碍物与机器人之间的距离，并将此距离返回值带入到基于人工势场的算法中从而控制机器人绕过障碍物前行直到最终到达目标点。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：费浚纯，
申请(专利权)人：哈尔滨恒誉名翔科技有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23