一种机器人目标追踪的避障方法及装置制造方法及图纸

本申请公开了一种机器人目标追踪的避障方法、装置及具有存储功能的装置。所述方法包括：获取追踪目标的位置信息；判断追踪目标周围环境中是否存在障碍物；若存在障碍物，则获取障碍物的位姿信息，并利用障碍物的位姿信息，基于阻抗控制对机器人的追踪路径进行规划，阻抗控制为将追踪目标位置调整到一个虚拟目标位置，使机器人按照虚拟目标位置进行追踪从而避开所述障碍物。通过上述方式，本申请能够高效的对目标进行追踪及避障。

【技术实现步骤摘要】
一种机器人目标追踪的避障方法及装置
本申请涉及机器人
，特别是涉及一种机器人目标追踪的避障方法、装置及具有存储功能的装置。
技术介绍
随着科学技术的不断发展与进步，机器人技术得到了快速的发展，轮式移动机器人因为其丰富的功能也得到了广泛的应用。其中，运动控制是轮式移动机器人最核心、最基本的功能。近些年来，轮式移动机器人的控制问题一直是研究者们所关注的热点，已有的控制方法和控制器主要用于解决两类问题：位姿镇定和跟踪问题，而对于轮式移动机器人目标追踪问题的研究却极少。虽然静止目标的追踪问题也属于位姿镇定的范畴，但对运动目标的追踪是镇定算法和跟踪算法都无法解决的。实现目标追踪的算法有很多，主要包括：基于RFID标签技术来实现移动机器人对目标追随功能、基于高斯改进型粒子群粒子滤波的移动目标跟踪方法来实现移动机器人对目标追随功能、基于视觉的方法实现移动机器人对目标追随功能等方法。专利201710289168.2提出了一种用于移动机器人对目标定位和跟踪的系统，其包括设置在目标上的RFID标签，设置在移动机器人上的RFID天线，与RFID天线相连接的RFID阅读器，与RFID阅读器相连接的运动控制系统，以及与运动控制系统相连接的激光传感器。该专利利用RFID信号强度信息和相位信息对标签的位置和运动速度进行估算，同时移动机器人通过运动控制系统，实现动态RFID标签的实时跟踪，并通过激光传感器进行避障。系统通过粒子滤波器来实现相位信息和信号强度信息的融合从而实现动态RFID标签的快速追踪。专利201510166890.8公开了一种用于快速跟踪外观变化的移动目标的基于高斯改进型粒子群粒子滤波的移动目标追踪方法。该专利包括：首先在视频第一帧中选取目标，初始化特征基；跟踪过程采集下一帧图像，获得跟踪目标的特征基；通过高斯改进型粒子群粒子滤波器滤波，存储对应于概率最大的粒子的图像窗口；当达到采集的图像达到要求的数目，进行观测值特征基的更新。该专利主要针对移动机器人快速跟踪外观变化的移动目标，提出一种能够提高复杂环境下快速跟踪移动目标的方法。专利201710560044.3提供了一种移动机器人视觉定位系统及定位方法，包括基于环境理解的全局定位系统、路径识别和跟踪系统以及目标识别和障碍物检测系统；全局定位系统使用改进的SUFT算法，协调各系统进行工作并实现图像信息采集、显示；路径识别和跟踪系统计算出结构化道路环境或非结构化道路环境中角度偏差和距离偏差；目标识别和障碍物检测系统对障碍物位置和大小进行描述，获得障碍物位置和大小的信息，实现对运动目标的实时追踪。本申请的专利技术人在长期的研发过程中，发现上述不同的技术方法都有各自的局限性，如基于RFID标签技术来实现移动机器人对目标追随功能，该方法具有以下缺点：(1)技术成熟度不够。RFID技术出现时间较短，在技术上还不是非常成熟。由于超高频RFID电子标签具有反向反射性特点，使得其在金属、液体等商品中应用比较困难。(2)成本高。RFID电子标签相对于普通条码标签价格较高，为普通条码标签的几十倍，如果使用量大的话，就会造成成本太高，在很大程度上较低了市场使用RFID技术的积极性。(3)安全性不够强。RFID技术面临的安全性问题主要表现为RFID电子标签信息被非法读取和恶意篡改。(4)技术标准不统一。RFID技术目前还没有形成统一的标准，而且市场上多种标准并存，致使不同企业产品的RFID标签互不兼容，进而在一定程度上造成RFID技术的应用的混乱。基于高斯改进型粒子群粒子滤波的移动目标跟踪方法来实现移动机器人对目标追随功能，该方法是采集追随目标图像来获取追随目标的位置等信息，通过高斯改进型粒子群粒子滤波器滤波。该方法需要大量关于追随目标的图像信息，外界干扰对移动机器人的跟踪影响较大，计算复杂，且普遍用于复杂环境中快速跟踪目标，适用具有较大的局限性。基于视觉的方法实现移动机器人对目标追随功能，该方法利用SUFT算法实现全局定位，协调图像信息采集完成移动机器人的目标追随和自主避障功能。采用的SUFT算法具有很大的局限性。图像匹配是对从同一区域不同时间、不同的观测角度，得到的图像进行对准的过程。由于图像通常包含较多的重复特征，采用SUFT算法进行配准时容易产生误配，导致图像匹配不精确。且基于视觉定位的方法对硬件要求较高，需要像素较高的摄像头，成本较高。上述不同的技术方法还有个共同的不足之处是：当机器人遇到前方有障碍物的情形时，这些方法不能有效地实现避障。因此，需要开发一种高效、准确地机器人的目标追踪及避障方法。
技术实现思路
本申请主要解决的技术问题是提供一种机器人目标追踪的避障方法、装置及具有存储功能的装置，能够高效的对目标进行追踪及避障。为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种机器人目标追踪的避障方法，所述方法包括：获取追踪目标的位置信息；判断追踪目标周围环境中是否存在障碍物；若存在障碍物，则获取障碍物的位姿信息，并利用障碍物的位姿信息，基于阻抗控制对机器人的追踪路径进行规划，阻抗控制为将追踪目标位置调整到一个虚拟目标位置，使机器人按照虚拟目标位置进行追踪从而避开所述障碍物。为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种目标追踪装置，所述装置包括：处理器和通信电路，处理器耦接通信电路，处理器在工作时执行指令，配合通信电路实现上述的机器人目标追踪的避障方法。为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种具有存储功能的装置，所述装置存储有程序，所述程序被执行时实现上述的机器人目标追踪的避障方法。本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请提供一种机器人目标追踪的避障方法，该方法通过障碍物检测系统，能够及时知晓机器人追踪路径上是否存在障碍物，且在有障碍物时采用高效、准确的避障措施。通过阻抗控制的避障方法，获取机器人与障碍物之间的虚拟作用力，通过该虚拟力来调整机器人的追踪位置，使机器人能够避开障碍物。该方法成本低、操作简单、适用范围广、通用性高。附图说明图1是本申请机器人目标追踪的避障方法第一实施方式的流程示意图；图2是本申请机器人目标追踪的避障方法第二实施方式的流程示意图；图3是本申请机器人追踪目标数学模型示意图；图4是本申请机器人传感器的布局示意图；图5是本申请机器人与障碍物之间的虚拟作用力示意图；图6是本申请机器人的目标追踪装置第一实施例的结构示意图；图7是本申请具有存储功能的装置第一实施方式的结构示意图。具体实施方式为使本申请的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本申请进一步详细说明。本申请提供一种机器人目标追踪的避障方法，在机器人对目标追踪过程中，利用超声传感器对周围环境进行探测，判断是否存在障碍物，当遇到障碍物时，根据超声传感器的信息和阻抗控制的概念产生阻抗虚拟力，根据阻抗虚拟力将追踪目标的位置调整为虚拟位置，使机器人按照虚拟位置对目标进行追踪，进而使机器人能够自动转向以避开障碍物。同时在对机器人的追踪速度控制上，考虑了机器人在运行速度上的限制和追踪的时间效率，当机器人距离目标较远时，机器人以尽量快的速度向目标运动，当机器人接近目标时，机器人逐渐减速，以避免因为停车而发生打滑或倾覆。通过这种方式，使机器人与追踪目本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人目标追踪的避障方法，其特征在于，所述方法包括：获取追踪目标的位置信息；判断所述追踪目标周围环境中是否存在障碍物；若存在所述障碍物，则获取所述障碍物的位姿信息，并利用所述障碍物的位姿信息，基于阻抗控制对所述机器人的追踪路径进行规划，所述阻抗控制为将所述追踪目标位置调整到一个虚拟目标位置，使所述机器人按照所述虚拟目标位置进行追踪从而避开所述障碍物。

【技术特征摘要】
1.一种机器人目标追踪的避障方法，其特征在于，所述方法包括：获取追踪目标的位置信息；判断所述追踪目标周围环境中是否存在障碍物；若存在所述障碍物，则获取所述障碍物的位姿信息，并利用所述障碍物的位姿信息，基于阻抗控制对所述机器人的追踪路径进行规划，所述阻抗控制为将所述追踪目标位置调整到一个虚拟目标位置，使所述机器人按照所述虚拟目标位置进行追踪从而避开所述障碍物。2.根据权利要求1所述的机器人目标追踪的避障方法，其特征在于，所述基于阻抗控制对所述机器人的追踪路径进行规划包括：利用所述机器人与所述障碍物之间的虚拟力f(t)对所述追踪目标的位置进行调整，将所述追踪目标的位置Xd旋转角度ψ后得到所述虚拟目标位置Xr；其中，ψ＝γ(t)sgn(fr(t))，ft(t)为f(t)在机器人运动方向上的径向分量，γ(t)是一个与ft(t)相关的辅助变量，当ft(t)趋近于零时，γ(t)也相应的趋于零。3.根据权利要求2所述的机器人目标追踪的避障方法，其特征在于，所述将追踪目标位置调整到一个虚拟目标位置包括：将所述追踪目标的位置Xd旋转角度ψ后得到所述虚拟目标位置为其中，Xd＝[xdyd]为所述追踪目标的位置，φ为所述机器人朝向与所述追踪目标所在方向的角度差。4.根据权利要求2所述的机器人目标追踪的避障方法，其特征在于，利用超声传感器对所述障碍物进行探测，所述虚拟力f(t)的大小是所述机器人与所述障碍物之间的距离d的函数，所述障碍物与所述机器人之间的距离为其中，c1为环境中声波的传播速度，TOF为超声信号从发送到接收...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧勇盛，张亚辉，江国来，吴新宇，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44