一种用于移动机器人自主越障过程控制的方法技术

一种用于移动机器人自主越障过程控制的方法，属于移动机器人自主越障技术领域。具体方案如下：一种用于移动机器人自主越障过程控制的方法，包括以下步骤：步骤一、在机器人的左右两侧安装数据扫描传感器，数据扫描传感器沿纵向进行扫描得到扫描线数据；步骤二、在扫描线数据中提取与障碍物有关的特征信息，从而确定机器人与障碍物的空间位置关系；步骤三、根据机器人与障碍物实时的空间位置关系，实现越障步骤的切换。本发明专利技术通过提取数据扫描传感器的扫描线数据特征，获知机器人相对于障碍物的实时位置关系，并基于此进行越障过程控制，具有较高的实时性和可靠性；同时本发明专利技术的越障控制方式方便快速，有利于提高越障效率。

【技术实现步骤摘要】
一种用于移动机器人自主越障过程控制的方法
本专利技术属于移动机器人自主越障
，具体涉及一种用于移动机器人自主越障过程控制的方法。
技术介绍
随着科学技术的不断发展，机器人的功能也越来越丰富。机器人自主越障是指机器人通过自身携带的感知设备获取环境信息，确定自身位置，识别出环境中的障碍物信息，然后结合自身的越障能力在没有人为因素干预的情况下实现越障的过程。在不断追求机器人智能化与自主化的今天，真正能够脱离人工操控和干预的机器人自主行为是发展的目标和方向，近年来高精度传感器的出现、硬件计算能力的提升和感知技术的快速发展为此提供了可能。自主性是机器人越障的发展方向和技术难点，开展特殊环境中的移动机器人自主越障研究具有重要的意义和巨大的应用价值。当机器人越障过程中，移动机器人采用分步骤式的越障方法时，机器人通过依次执行各个步骤实现一次完整的越障过程，越障过程中机器人的运动控制和步骤切换至关重要。一方面，要保证机器人始终正对障碍物，当因打滑导致机器人与障碍物发生方向偏移时要进行及时纠正；另一方面，要根据机器人当前的实时位置进行越障步骤切换。传统的越障控制方式为人工遥控越障，一般由操作者根据机器人的当前状态和环境中的障碍物信息，通过手动遥控机器人，或者输入相应的参数调用越障控制程序实现，这都建立在操作者对机器人和其周边的环境情况已知的基础之上，无论是操作者处于越障的现场还是通过摄像头等传感设备进行远程遥控，都十分依赖人工来获取信息。遥控越障方式还对操作者的操作技巧有较高的要求，执行效率较低，其中遥控操作中还存在操作时延等问题。由于无线遥控在有金属等导体阻挡的路径中，信号大大衰减。即金属外壳对无线信号有屏蔽作用，在大多数的越障场景中，机器人需要脱离人工干预开展单兵工作，而像核辐射等环境又限制了信号的传输，这些都为传统越障方式带来了困难。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了获知机器人相对于障碍物的实时位置关系，并基于此进行越障过程控制，本专利技术提供一种用于移动机器人自主越障过程控制的方法。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种用于移动机器人自主越障过程控制的方法，包括以下步骤：步骤一、在机器人的左右两侧安装数据扫描传感器，数据扫描传感器沿纵向进行扫描得到扫描线数据；步骤二、在扫描线数据中提取与障碍物有关的特征信息，从而确定机器人与障碍物的空间位置关系；步骤三、根据机器人与障碍物实时的空间位置关系，实现越障步骤的切换。进一步的，步骤一中，所述数据扫描传感器包括二维激光雷达、三维激光雷达、深度相机或双目立体相机。进一步的，步骤二中，与障碍物有关的特征信息包括障碍物的边缘点信息。进一步的，所述边缘点信息包括角点特征信息和断点特征信息。进一步的，提取角点特征信息的过程包括以下步骤：步骤1、扫描线数据预处理：scanprocess＝fr(fa(scan))(1)上式中，scan和scanprocess分别为处理前后的扫描线数据，fa(·)表示角度滤波器，通过设置起止角度可以从原始扫描数据中提取指定角度范围内的数据，fr(·)表示距离滤波器，用以过滤掉距离数据扫描传感器指定距离外的的无用数据；步骤2、扫描线数据分割：通过寻找扫描线中的断点将扫描线数据分割为不同数据段，分割过程中同时过滤掉噪声点；步骤3、角点提取：对分割得到的每一个数据段，采用连线投影法进行角点提取。进一步的，所述步骤2中，采用自适应阈值法寻找扫描线中的断点，具体方法为：根据扫描顺序依次计算两相邻扫描点间的欧式距离，当该距离小于自适应阈值时，则判定两相邻扫描点之间没有断点，否则判定这两个相邻扫描点为扫描线中的断点。进一步的，所述步骤3中，对提取的角点进行伪角点筛选并剔除，筛选方法为设定一个大小为3的滑动窗口，按扫描顺序在提取的角点列表上滑动，每次滑过一个角点的步长，对窗口中的三个角点进行判断，当三个角点能够构成一条直线时，说明中间的角点为伪角点，将其剔除。进一步的。所述断点特征信息的提取方法为采用自适应阈值法寻找扫描线中的断点，具体方法为：根据扫描顺序依次计算两相邻扫描点间的欧式距离，当该距离小于自适应阈值时，则判定两相邻扫描点之间没有断点，否则判定这两个相邻扫描点为扫描线中的断点。进一步的，所述步骤三中，通过越障示教或分析计算确定机器人进行步骤切换的位置。所述越障示教指的是人为遥控机器人在某一处或多处停止，记录下此时数据扫描传感器扫描出的数据扫描传感器与障碍物某一处位置点之间的距离数值，从而在之后的机器人自主越障中以此为依据，实现机器人的停止控制。所述分析计算指的是通过几何分析，计算当中轮接近障碍物某一处位置点时，位于车身中心位置的数据扫描传感器与所述某一处位置点之间的距离，从而在之后的机器人自主越障中以此为依据，实现机器人的停止控制。进一步的，所述步骤三中，通过比较障碍物边缘点在左右数据扫描传感器中距离值的大小关系，实现对机器人方向的调整。本专利技术相对于现有技术的有益效果是：本专利技术通过提取数据扫描传感器的扫描线数据特征，获知机器人相对于障碍物的实时位置关系，并基于此进行越障过程控制，具有较高的实时性和可靠性；同时本专利技术的越障控制方式方便快速，有利于提高越障效率。附图说明图1为数据扫描传感器安装在机器人上的侧面示意图，其中，A为角点；图2为数据扫描传感器安装在机器人上的正面示意图；图3为二维激光雷达扫描线特征点示意图，其中，B为角点，C为断点，D为噪声点；图4为连线投影法示意图一，其中，E为角点，a和b分别为扫描范围的两个端点，l为扫描范围内两个端点的连线；图5为连线投影法示意图二，其中，c和d分别为扫描范围的两个端点，e和f均为角点，g为伪角点；图6为机器人跨越壕沟的动作规划示意图；图7为二维激光雷达扫描线特征点提取结果，F为壕沟后沿角点。具体实施方式下面结合附图1-7和具体实施方式详细阐述本专利技术的技术方案。具体实施方式一一种用于移动机器人自主越障过程控制的方法，包括以下步骤：步骤一、在机器人左右两侧的中间位置安装二维激光雷达，安装位置见图1和图2中的方块处所示，二维激光雷达沿纵向进行扫描得到雷达扫描线数据，见图1中的虚线扫描线；步骤二、在雷达扫描线数据中提取与障碍物有关的特征信息，从而确定机器人与障碍物的空间位置关系；步骤三、根据机器人与障碍物实时的空间位置关系，实现越障步骤的切换。进一步的，步骤二中，与障碍物有关的特征信息包括障碍物的边缘点信息，所述边缘点信息包括角点特征信息和断点特征信息。以二维激光雷达扫描线中常见的断点、角点、直线和噪声点等几类特征为例展开论述，如图3所示，断点是指扫描线中距离较远的相邻扫描点，如图中C点所示；断点将扫描线分割为不同的数据段；角点通常与直线一同出现，角点处扫描线的一阶导数最大，可以理解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于移动机器人自主越障过程控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一、在机器人的左右两侧安装数据扫描传感器，数据扫描传感器沿纵向进行扫描得到扫描线数据；/n步骤二、在扫描线数据中提取与障碍物有关的特征信息，从而确定机器人与障碍物的空间位置关系；/n步骤三、根据机器人与障碍物实时的空间位置关系，实现越障步骤的切换。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于移动机器人自主越障过程控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在机器人的左右两侧安装数据扫描传感器，数据扫描传感器沿纵向进行扫描得到扫描线数据；
步骤二、在扫描线数据中提取与障碍物有关的特征信息，从而确定机器人与障碍物的空间位置关系；
步骤三、根据机器人与障碍物实时的空间位置关系，实现越障步骤的切换。


2.根据权利要求1所述的一种用于移动机器人自主越障过程控制的方法，其特征在于：步骤一中，所述数据扫描传感器包括二维激光雷达、三维激光雷达、深度相机或双目立体相机。


3.根据权利要求1所述的一种用于移动机器人自主越障过程控制的方法，其特征在于：步骤二中，与障碍物有关的特征信息包括障碍物的边缘点信息。


4.根据权利要求3所述的一种用于移动机器人自主越障过程控制的方法，其特征在于：所述边缘点信息包括角点特征信息和断点特征信息。


5.根据权利要求4所述的一种用于移动机器人自主越障过程控制的方法，其特征在于：提取角点特征信息的过程包括以下步骤：
步骤1、扫描线数据预处理：
scanprocess＝fr(fa(scan))(1)
上式中，scan和scanprocess分别为处理前后的扫描线数据，fa(·)表示角度滤波器，通过设置起止角度可以从原始扫描数据中提取指定角度范围内的数据，fr(·)表示距离滤波器，用以过滤掉距离数据扫描传感器指定距离外的的无用数据；
步骤2、扫描线数据分割：通过寻找扫描线中的断点将扫描线数据分割为不同数据段，分割过程中同时过滤掉噪声点；

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟东，杜志江，张权，王韩，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23