基于当量膨胀的狭窄环境空间的移动机器人可通行性方法技术

本发明专利技术公开了一种基于当量膨胀的狭窄环境空间的移动机器人可通行性方法，通过对原始占据栅格地图进行识别，针对识别出的狭窄区域，按一定步长做多种特定方式的极限搜索。一方面，分析可通行性指标一：是否可通行，判断在该区域中，移动机器人可通行的极限几何尺寸。另一方面，分析可通行指标二：建立更安全的通行路径，当移动机器人几何尺寸一定时，计算多种特定方式下移动机器人几何中心落入的可行区域。综合多种特定方式，对搜索出的区域和原始内切圆膨胀区进行比较，得到一定当量膨胀值，将规划路径约束在当量膨胀后的自由区域。本发明专利技术从运动规划前端路径搜索就降低考虑实际移动机器人身的动力学约束，减少后端轨迹规划计算量。

【技术实现步骤摘要】
基于当量膨胀的狭窄环境空间的移动机器人可通行性方法
本专利技术涉及室内移动机器人自主导航运动规划
，具体涉及一种基于当量膨胀的狭窄环境空间的移动机器人可通行性方法。
技术介绍
对于移动机器人自主导航的运动规划，包含路径规划、轨迹规划和轨迹跟踪三部分。同时，按需求分配又可以将移动机器人自主导航的运动规划分为前端和后端。目前主流的分类方式是将路径规划划分为前端，轨迹规划和轨迹跟踪分为后端。前端规划方法包含：图搜索、虚拟势场和导航函数、数学最优化、生物智能等方法。目前大部分的移动机器人自主导航在前端，求解机器人的配置空间都将机器人当作圆形机器人处理，不能真正根据机器人的几何外形对狭窄区域内的机器人进行判断研究。针对上述问题，目前也有很多改进方法，包括给定代价值、增加安全度评价指标、改善路标识别方式等方法。但是这些方法都在一定程度上提高了机器人碰撞的安全性，但是不能从本质上解决是否碰撞。同时，这些方法一般用于后端，特别是用于轨迹优化部分，并不能在前端给出指导意义。在目前主流的机器人操作系统(ROS)中，采用代价地图描述环境中的障碍本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于当量膨胀的狭窄环境空间的移动机器人可通行性方法，其特征在于，所述移动机器人可通行性方法包括以下步骤：/nS1、搜索栅格地图中的连通区域，提取有通行路径的通道，并计算通道的宽度；/nS2、将移动机器人的运动方式划分成三种基本方式，并求移动机器人几何尺寸未知条件下，移动机器人在三种运动方式下通过通道的极限尺寸，并验证给定的移动机器人是否在极限尺寸内，其中，所述三种基本方式分别为斜移、自转、任意半径方式；/nS3、对已知移动机器人几何尺寸条件下，计算目标通道，提取在目标范围内通道，并计算步骤S2中三种运动方式下，移动机器人几何中心在通道的可运行范围，该可运行范围简称为G区；/nS4、求出...

【技术特征摘要】
1.一种基于当量膨胀的狭窄环境空间的移动机器人可通行性方法，其特征在于，所述移动机器人可通行性方法包括以下步骤：
S1、搜索栅格地图中的连通区域，提取有通行路径的通道，并计算通道的宽度；
S2、将移动机器人的运动方式划分成三种基本方式，并求移动机器人几何尺寸未知条件下，移动机器人在三种运动方式下通过通道的极限尺寸，并验证给定的移动机器人是否在极限尺寸内，其中，所述三种基本方式分别为斜移、自转、任意半径方式；
S3、对已知移动机器人几何尺寸条件下，计算目标通道，提取在目标范围内通道，并计算步骤S2中三种运动方式下，移动机器人几何中心在通道的可运行范围，该可运行范围简称为G区；
S4、求出每个G区的最窄宽度，并求得相应通道的倾角；
S5、由通道倾角大小，对步骤S2中三种运动方式分别给定权值，计算总的当量膨胀，得到改进膨胀地图；
S6、将栅格地图进行当量膨胀；
S7、重新进行全局规划，使得移动机器人的路径规划落入当量膨胀后的自由区域。


2.根据权利要求1所述的基于当量膨胀的狭窄环境空间的移动机器人可通行性方法，其特征在于，所述步骤S1的实现过程如下：
将用于移动机器人自主导航的全局地图以栅格地图形式储存，其中，占据的栅格作为障碍物，未占据的栅格构成可行的通道，搜索栅格地图中的连通区域，提取连通区域中的所有通道passage1、passage2、....passagen，并计算上述通道的宽度w1、w2、....wn。


3.根据权利要求1所述的基于当量膨胀的狭窄环境空间的移动机器人可通行性方法，其特征在于，所述步骤S2的实现过程如下：
对连通区域中的所有通道passage1，passage2....passagen分别计算三种运动方式的极限尺寸，其中，(1)采用斜移方式，移动机器人的角度不改变，计算得到机器人恰好通过通道的极限长、宽尺寸分别为lcar1-i、wcar1-i，i＝1，2，...，n，n为通道数目，i代表当前第i个通道；(2)采用自转方式，并设定移动机器人的自转点在通道最宽处，计算得到相应的极限长宽尺寸lcar2-i，wcar2-i；(3)采用任意半径方式，等价于求解移动机器人边线在通道几何边线约束下的线性规划问题，计算得到相应的极限长宽尺寸lcar3-i，wcar3-i；
对现有已知移动机器人的几何尺寸进行判断，移动机器人的长度和宽度均在上诉计算的极限尺寸(lcarj-i，...lcarj-n)，(wcarj-i，...wcarj-n)范围内，j＝1，2，3；j代表第j种运动方式，则证明移动机器人可运行范围存在一定空间；若不在计算的...

【专利技术属性】
技术研发人员：全燕鸣，王荣辉，黄令苇，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44