一种机器人自动避障方法、系统、设备及介质技术方案

本发明专利技术公开了一种机器人自动避障方法、系统、设备及介质，方法包括：获取机器人的初始坐标及目标点的目标坐标；初始化粒子滤波器，确定各粒子的初始坐标；计算当前时刻各障碍物的坐标；将粒子朝随机方向移动特定距离，确定各粒子移动后的坐标；计算各粒子与各障碍物的斥力场，以及与目标点的引力场；确定各粒子的权重；确定当前时刻的下一时刻机器人移动到达的坐标；判断机器人是否到达目标点，若是，结束，若否，将所确定的当前时刻的下一时刻机器人移动到达的坐标作为当前时刻机器人的当前坐标，继续确定当前时刻的下一时刻机器人移动到达的坐标。本发明专利技术结合粒子滤波及人工势场，避免局部极值及目标不可达的问题，有效实现机器人自动避障。自动避障。自动避障。

【技术实现步骤摘要】
一种机器人自动避障方法、系统、设备及介质


[0001]本专利技术涉及人工智能领域，更具体地，涉及一种机器人自动避障方法、系统、设备及介质。

技术介绍

[0002]机器人定位和路径规划是一种有着广泛应用领域的技术。在实际应用中，不同于行人路径规划，机器人在路径规划上，由于要考虑避让可能存在的移动障碍物，通常需要进行全局规划结合局部路径规划，才能保证机器人安全到达目的地。
[0003]目前在机器人局部路径规划方面，主要有人工势场法、模糊逻辑控制法、遗传算法和窗口滚动法等几种主要方法，其中使用最为最广泛的则是人工势场法，它的基本思想是将机器人在周围环境中的运动，设计成一种抽象的人造引力场中的运动，目标点对移动机器人产生“引力”，障碍物对移动机器人产生“斥力”，最后通过求合力来控制移动机器人的运动，规划出平滑且较为安全的路径，但是人工势场存在以下几种缺陷：1、容易陷入局部最优问题，导致机器人在局部震荡或停滞；2、在使用过程中，若目标点附近有障碍物，则可能导致目标不可达的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷（不足），提供一种机器人自动避障方法、系统、设备及介质，用于解决机器人路径规划中，人工势场法容易陷入局部最优的问题及目标点附近有障碍物导致目标不可达的问题。
[0005]本专利技术采取的技术方案是，一种机器人自动避障方法，包括以下步骤：获取机器人的初始坐标及目标点的目标坐标；根据所述机器人的初始坐标初始化粒子滤波器，以确定所述粒子滤波器中各粒子的初始坐标；获取当前时刻机器人的当前坐标，并根据所述粒子滤波器，确定当前时刻的下一时刻机器人移动到达的坐标，具体包括：检测当前时刻机器人与各障碍物的距离及方位角，并根据所述当前时刻机器人的当前坐标、所述当前时刻机器人与各障碍物的距离及方位角，计算当前时刻各障碍物的坐标；将所述粒子朝随机方向移动特定距离，并根据所述各粒子的初始坐标，确定各粒子移动后的坐标，所述特定距离为机器人在当前时刻到下一时刻的时间内移动的距离；根据所述各粒子移动后的坐标、所述当前时刻各障碍物的坐标，计算各粒子与各障碍物的斥力场，并根据所述各粒子移动后的坐标、所述目标坐标，计算各粒子与目标点的引力场；根据所述斥力场、所述引力场，确定各粒子的权重；根据所述各粒子移动后的坐标、所述各粒子的权重，确定当前时刻的下一时刻机
器人移动到达的坐标；判断机器人是否到达目标点，若是，则结束，若否，则将所确定的所述当前时刻的下一时刻机器人移动到达的坐标作为所述当前时刻机器人的当前坐标，继续根据所述粒子滤波器，确定当前时刻的下一时刻机器人移动到达的坐标。
[0006]本专利技术中，通过粒子滤波算法结合人工势场的思想，利用人工势场的斥力场与引力场计算粒子的权重，替代计算综合人工势场梯度，优化了机器人局部路径规划，避免陷入局部极值问题，从而导致机器人在局部震荡或停滞，同时，通过粒子滤波器中大量有限定移动范围的粒子模拟，实现对于机器人移动路径的指引，避免了传统人工势法在目标点附近有障碍物时目标不可达的问题。另一方面，本专利技术将粒子滤波的思想反向应用于机器人的动态避障问题中，把传统的被动预测应用于机器人移动过程的主动引导，扩展了粒子滤波的应用范围。
[0007]进一步的，获取机器人的初始坐标及目标点的目标坐标，还包括：获取可通行区域以及不可通行区域；根据所述各粒子移动后的坐标、所述当前时刻各障碍物的坐标，计算各粒子与各障碍物的斥力场，并根据所述各粒子移动后的坐标、所述目标坐标，计算各粒子与目标点的引力场，具体包括：根据所述各粒子移动后的坐标，统计无效粒子，所述无效粒子包括碰撞到各障碍物的粒子，以及移动后的坐标位于所述不可通行区域的粒子；比较无效粒子的数量是否等于所述粒子滤波器中粒子的数量，若无效粒子的数量等于所述粒子滤波器中粒子的数量，则重新初始化粒子滤波器，根据重新初始化后的所述粒子滤波器，确定当前时刻的下一时刻机器人移动到达的坐标；若无效粒子的数量不等于所述粒子滤波器中粒子的数量，则将所述粒子滤波器中无效粒子之外的粒子作为有效粒子；根据所述各有效粒子移动后的坐标、所述当前时刻各障碍物的坐标，计算各有效粒子与各障碍物的斥力场，并根据所述各有效粒子移动后的坐标、所述目标坐标，计算各有效粒子与目标点的引力场；根据所述斥力场、所述引力场，确定各粒子的权重，具体包括：根据所述斥力场、所述引力场，确定各有效粒子的权重；根据所述各粒子移动后的坐标、各粒子的权重，确定当前时刻的下一时刻机器人移动到达的坐标，具体包括：根据所述各有效粒子移动后的坐标、各有效粒子的权重，确定当前时刻的下一时刻机器人移动到达的坐标。
[0008]本专利技术中，通过粒子滤波器中的粒子移动，模拟确定机器人各时刻移动的坐标，以完成对于机器人移动路径的指引，但是在移动过程中，可能存在部分粒子碰撞到障碍物，或者移动到机器人活动的不可通行区域内，这些粒子无法引导机器人进行有效避障，丧失引导作用，为无效粒子，故应当首先在粒子滤波器中应进行该部分粒子的统计剔除，使用无效粒子以外的有效粒子，进行机器人下一时刻移动到达坐标的计算，以实现对机器人进行有效避障路径引导。具体的，在粒子滤波器中，当无效粒子的数量等于粒子滤波器中粒子的数
量，则代表粒子滤波器中所有粒子均失效，没有有效粒子的存在，则需要重新初始化粒子滤波器，使用重新初始化后的粒子滤波器，确定当前时刻的下一时刻机器人移动到达的坐标，而当无效粒子的数量不等于所述粒子滤波器中粒子的数量，则代表所述粒子滤波器中仍旧存在有效粒子，故继续使用有效粒子进行后续确定下一时刻机器人移动到达的坐标等步骤，而具体的，当无效粒子的数量不等于所述粒子滤波器中粒子的数量时，存在两种情况：无效粒子的数量小于所述粒子滤波器中粒子的数量，且不为零，则代表粒子滤波器中既存在无效粒子，也存在有效粒子，则两者差值，则为有效粒子数量；无效粒子的数量等于零，则代表粒子滤波器中粒子全部为有效粒子，可全部用于执行后续步骤。
[0009]进一步的，根据所述各粒子移动后的坐标、所述当前时刻各障碍物的坐标，计算各粒子与各障碍物的斥力场，具体包括：根据所述各粒子移动后的坐标、所述当前时刻各障碍物的坐标，计算各粒子与各障碍物的距离；根据各粒子与各障碍物的距离，采用以下公式，计算各粒子与各障碍物的斥力场：其中，表示第k个粒子与第i个障碍物的斥力场，表示斥力因子，表示第k个粒子与第i个障碍物的距离，表示设定的斥力距离阈值，表示第k个粒子与各障碍物斥力场；根据所述各粒子移动后的坐标、所述目标坐标，计算各粒子与目标点的引力场，具体包括：根据所述各粒子移动后的坐标、所述目标坐标，计算各粒子与目标点的距离；根据各粒子与目标点的距离，采用以下公式，计算各粒子与目标点的引力场：其中，表示第k个粒子与目标点的引力场，表示引力因子，表示k个粒子与目标点的距离。
[0010]进一步的，根据所述斥力场、所述引力场，确定各粒子的权重，具体包括：根据所述斥力场、所述引力场，采用以下公式，计算各粒子的权重因子：其中，表示第k个粒子的权重因子，表示第k个粒子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人自动避障方法，其特征在于，包括以下步骤：获取机器人的初始坐标及目标点的目标坐标；根据所述机器人的初始坐标初始化粒子滤波器，以确定所述粒子滤波器中各粒子的初始坐标；获取当前时刻机器人的当前坐标，并根据所述粒子滤波器，确定当前时刻的下一时刻机器人移动到达的坐标，具体包括：检测当前时刻机器人与各障碍物的距离及方位角，并根据所述当前时刻机器人的当前坐标、所述当前时刻机器人与各障碍物的距离及方位角，计算当前时刻各障碍物的坐标；将所述粒子朝随机方向移动特定距离，并根据所述各粒子的初始坐标，确定各粒子移动后的坐标，所述特定距离为机器人在当前时刻到下一时刻的时间内移动的距离；根据所述各粒子移动后的坐标、所述当前时刻各障碍物的坐标，计算各粒子与各障碍物的斥力场，并根据所述各粒子移动后的坐标、所述目标坐标，计算各粒子与目标点的引力场；根据所述斥力场、所述引力场，确定各粒子的权重；根据所述各粒子移动后的坐标、所述各粒子的权重，确定当前时刻的下一时刻机器人移动到达的坐标；判断机器人是否到达目标点，若是，则结束，若否，则将所确定的所述当前时刻的下一时刻机器人移动到达的坐标作为所述当前时刻机器人的当前坐标，继续根据所述粒子滤波器，确定当前时刻的下一时刻机器人移动到达的坐标。2.根据权利要求1所述的一种机器人自动避障方法，其特征在于，获取机器人的初始坐标及目标点的目标坐标，还包括：获取可通行区域以及不可通行区域；根据所述各粒子移动后的坐标、所述当前时刻各障碍物的坐标，计算各粒子与各障碍物的斥力场，并根据所述各粒子移动后的坐标、所述目标坐标，计算各粒子与目标点的引力场，具体包括：根据所述各粒子移动后的坐标，统计无效粒子，所述无效粒子包括碰撞到各障碍物的粒子，以及移动后的坐标位于所述不可通行区域的粒子；比较无效粒子的数量是否等于所述粒子滤波器中粒子的数量，若无效粒子的数量等于所述粒子滤波器中粒子的数量，则重新初始化粒子滤波器，根据重新初始化后的所述粒子滤波器，确定当前时刻的下一时刻机器人移动到达的坐标；若无效粒子的数量不等于所述粒子滤波器中粒子的数量，则将所述粒子滤波器中无效粒子之外的粒子作为有效粒子；根据所述有效粒子移动后的坐标、所述当前时刻各障碍物的坐标，计算有效粒子与各障碍物的斥力场，并根据所述有效粒子移动后的坐标、所述目标坐标，计算有效粒子与目标点的引力场；根据所述斥力场、所述引力场，确定各粒子的权重，具体包括：根据所述斥力场、所述引力场，确定有效粒子的权重；根据所述各粒子移动后的坐标、各粒子的权重，确定当前时刻的下一时刻机器人移动到达的坐标，具体包括：根据所述有效粒子移动后的坐标、有效粒子的权重，确定当前时刻的下一时刻机器人
移动到达的坐标。3.根据权利要求1或2所述的一种机器人自动避障方法，其特征在于，根据所述各粒子移动后的坐标、所述当前时刻各障碍物的坐标，计算各粒子与各障碍物的斥力场，具体包括：根据所述各粒子移动后的坐标、所述当前时刻各障碍物的坐标，计算各粒子与各障碍物的距离；根据各粒子与各障碍物的距离，采用以下公式，计算各粒子与各障碍物的斥力场：其中，表示第k个粒子与第i个障碍物的斥力场，表示斥力因子，表示第k个粒子与第i个障碍物的距离，表示设定的斥力距离阈值，表示第k个粒子与各障碍物斥力场；根据所述各粒子移动后的坐标、所述目标坐标，计算各粒子与目标点的引力场，具体包括：根据所述各粒子移动后的坐标、所述目标坐标，计算各粒子与目标点的距离；根据各粒子与目标点的距离，采用以下公式，计算各粒子与目标点的引力场：其中，表示第k个粒子与目标点的引力场，表示引力因子，表示k个粒子与目标点的距离。4.根据权利要求3所述的一种机器人自动避障方法，其特征在于，根据所述斥力场、所述引力场，确定各粒子的权重，具体包括：根据所述斥力场、所述引力场，采用以下公式，计算各粒子的权重因子：其中，表示第k个粒子的权重因子，表示第k个粒子与各障碍物的斥力场，表示第k个粒子与目标点的引力场；采用以下公式，对所计算的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，冯敏，丁双安，
申请(专利权)人：宏景科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：