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一种基于V2X技术的多移动机器人避障系统及方法技术方案

技术编号：39942206 阅读：4 留言：0更新日期：2024-01-08 22:39

本发明专利技术涉及多移动机器人避障领域，公开了一种基于V2X技术的多移动机器人避障系统及方法，其技术方案要点是当遇到障碍物时，基于ROS的多移动机器领航者依据自身感知模块的信息输入到ROS中，ROS规划规划算法会对已有规划路径进行调整，并将调整后的路径规划和状态信息，通过V2X通信模块发送至RSU；RSU一方面通过V2X模块将调整后的路径规划广播发送至其它基于ROS的多移动机器跟随者，另一方面将路径规划和多移动机器跟随者的状态信息，通过V2X模块发送至云端；基于ROS的多移动机器跟随者依据V2X模块接收的路径规划进行跟随避障；云服务器依据接收的路径规划和各个移动机器人的状态信息，进行算法分析，得出当前移动机器人的安全状况。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及多移动机器人避障领域，更具体地说，它涉及一种基于v2x技术的多移动机器人避障系统及方法。

技术介绍

1、多移动机器人编队控制方法为多移动机器人领航者通过自主导航去往目标点，跟随者机器人根据编队控制命令进行运动，组成期望队形，并保持各机器人与领航者之间的相对位置和相对角度继续运动，直到到达目标点的过程。在实际应用中多移动机器人编队在去往目标点路径中会存在障碍物的情况，为了使得多移动机器能顺利通过障碍物。多移动机器人不仅要考虑编队中各机器人的避障运动；还要考虑编队在避障过程中队形的变化；同时也要考虑编队机器人在完成避障后队形重组的编队控制运动。

2、当前多移动机器人避障方法，主要分为三种避障：

3、第一种是整体避障，编队中的任一机器人遇见障碍物后，所有机器人仍继续保持编队秩序运动，通过保持编队队形不变，计算障碍物和编队整体之间的相对位置和相对角度，对编队的运动路径重新规划，使编队整体避开障碍物。该方法虽使编队队形保持不变，但避障需要考虑某一障碍物对所有机器人的影响，降低机器人避障效路，如果出现狭窄通道或者障碍物密集情况下会导致机器人避障失败等问题。

4、第二种是分组避障，编队机器人在检测到障碍的情况下，根据障碍物对编队种各机器人的影响情况，将编队中的机器人划分不同的组，使每组机器人分别进行避障，在避障过程中仍保持一定对性，在避障完成后机器人重新组成新的期望队形进行运动。分组避障不仅考虑了队形保持，同时也有一定的灵活性，但实际编队过程中对各机器人之间的通信能力具有较高要求，不易实现。</p>

5、第三种是单独避障，在编队运动过程中机器人检测到障碍物时会受避障算法控制进行独自避障，此时运动不受编队控制器控制，避障完成后机器人重新根据编队控制器命令组成预设队形进行编队运动。

6、多移动机器人采用单独避障策略时，各机器人能够灵活避障，不受障碍物的条件限制，能够快速灵活的避开障碍物，同时该方式实现相对于前两种避障策略该方式不仅相对灵活，同时在实际运用过程中该避障策略较易实现。

7、但该方法中，每个跟随机器人均要独立避障算法运算，因此硬件上跟随机器人的传感器和控制器与领航机器人要求一样，成本和复杂度较大。

8、v2x技术是车与车(v2v)、车与路(v2i)、车与人(v2p)，车与云((v2c))之间的通信技术，它代表着当前智能交通的最新技术，也是当前国内外智能交通研究的热点。由此，本专利技术提供了一种基于v2x技术的多移动机器人避障系统及方法，改善了上述技术问题。

技术实现思路

1、本公开实施例旨在针对多移动机器人采用单独避障中，每个跟随机器人均要独立避障算法运算的技术问题，本专利技术当遇到障碍物时，基于ros的多移动机器领航者依据自身感知模块的信息输入到ros中，ros规划规划算法会对已有规划路径进行调整，并将调整后的路径规划和状态信息(位置、电池电量等)通过v2x(v2i)通信模块发送至rsu；rsu一方面通过v2x(v2i)模块将调整后的路径规划广播发送至其它基于ros的多移动机器跟随者，另一方面将路径规划和多移动机器跟随者的状态信息(位置、电池电量等)通过v2x(v2c)模块发送至云端；基于ros的多移动机器跟随者依据v2x(v2i)模块接收的路径规划进行跟随避障；云服务器依据接收的路径规划和各个移动机器人的状态信息，进行算法分析，得出当前移动机器人的安全状况，并发出预警提示，涉及紧急安全，则远程接入控制(v2c和v2i)，提高多移动机器人的安全。

2、本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种基于v2x技术的多移动机器人避障方法，所述系统包括：基于ros的多移动机器领航者、路侧单元、基于ros的多移动机器跟随者、云服务器；

3、所述基于ros的多移动机器领航者由：感知模块、ros模块、运动控制模块和v2x通信模块组成；

4、所述感知模块由深度相机、雷达传感器等组成，用于感知实时的路面状况，并将信息输入至ros模块中；所述ros模块根据代价地图得知当前的环境并实现路径规划，其中，路径规划分为全局路径规划算法和局部路径规划算法，全局路径规划算法用于寻找到达目标点的最短路径，局部路径规划算法依照该路径控制机器人行驶，并躲避障碍物；所述运动控制模块依据ros模块的控制指令，实现移动机器人的加速、减速、转向和刹车等操作；所述v2x通信模块用于与路侧单元进行v2i通信；

5、所述路侧单元由：v2x通信模块、数据处理模块和云服务器通信模块组成；

6、所述v2x通信模块一方面获取基于ros的多移动机器领航者的路径规划信息和多移动机器状态信息，另一方面将路径规划信息发送到基于ros的多移动机器跟随者；所述数据处理模块主要解析路径规划和多移动机器状态数据，将规划的路径以栅格坐标的形式进行保存，将多机器人的各项数据，并进行数据打包，通过云服务器通信模块将打包后数据发送至云端；所述云服务器通信模块主要是通过v2c与云端进行通信；

7、所述基于ros的多移动机器跟随者由：ros模块、运动控制模块和v2x通信模块组成；

8、所述v2x通信模块通过v2x接收路侧单元的更新后的路径规划，并将该路径规划交给ros模块；所述ros模块依据更新的路径转化成控制指令发送至运动控制模块，实现移动机器人的避障；所述运动控制模块主要依据ros模块的控制指令，根据领航者和跟随者之间的位姿变换；

9、所述云服务器包括：数据采集模块、算法模块、预警和控制模块

10、所述数据采集模块通过v2c获取rsu的信息；所述算法模块依据路径规划和多移动机器状态数据进行分析。

11、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述代价地图由多个图层共同叠加而成，多个图层接受多种类型的ros格式的数据，组合成一张完整的代价栅格地图，用于后续的导航避障任务；深度相机得到的是深度图，先将深度图转化成ros格式的点云信息，再添加一个图层，并将新生成的点云放在该图层中；其中，深度图转ros点云是将图像坐标系转化成世界坐标系，通过相机的内参来约束变换，公式为：

12、

13、其中x、y、z是点云坐标，d为深度值，fx，fy分别为镜头x、y方向的焦距，cx、cy分别是光心在图像坐标系下的坐标；

14、接受到激光雷达数据后，新建一张图层数据，用于存放雷达点云数据；在运行时，代价地图会周期性的加载每张图层，接受传感器数据，更新各个图层数据，并将每个图层转化成栅格地图中的单元格的代价值，最后不断发布、更新。

15、作为本专利技术的一种优选技术方案，ros模块根据代价地图得知当前的环境并实现路径规划，其中，路径规划分为全局路径规划算法和局部路径规划算法，全局路径规划算法是为了寻找到达目标点的最短路径，局部路径规划算法依照该路径控制机器人行驶，并躲避障碍物。

16、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述全局路径规划算法使用a*算法，a*算法通过启发函数，选择优本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种基于V2X技术的多移动机器人避障系统，其特征在于，所述系统包括：基于ROS的多移动机器领航者、路侧单元、基于ROS的多移动机器跟随者、云服务器；

2.根据权利要求1所述的一种基于V2X技术的多移动机器人避障系统，其特征在于，所述代价地图由多个图层共同叠加而成，多个图层接受多种类型的ROS格式的数据，组合成一张完整的代价栅格地图，用于后续的导航避障任务；深度相机得到的是深度图，先将深度图转化成ROS格式的点云信息，再添加一个图层，并将新生成的点云放在该图层中；其中，深度图转ROS点云是将图像坐标系转化成世界坐标系，通过相机的内参来约束变换，公式为：

3.根据权利要求1所述的一种基于V2X技术的多移动机器人避障系统，其特征在于，ROS模块根据代价地图得知当前的环境并实现路径规划，其中，路径规划分为全局路径规划算法和局部路径规划算法，全局路径规划算法是为了寻找到达目标点的最短路径，局部路径规划算法依照该路径控制机器人行驶，并躲避障碍物。

4.根据权利要求3所述的一种基于V2X技术的多移动机器人避障系统，其特征在于，所述全局路径规划算法使用A*

5.根据权利要求3所述的一种基于V2X技术的多移动机器人避障系统，其特征在于，局部路径规划算法使用DWA算法，DWA算法先对机器人建立运动模型，采用差速模型，再对机器人的速度进行多种采样并分别计算机器人行驶距离，机器人当前坐标和机器人下一时刻的状态位置；

6.根据权利要求5所述的一种基于V2X技术的多移动机器人避障系统，其特征在于，确定机器人的速度采样的范围后，根据速度采样分辨率对线速度和角速度离散化采样对每个时刻都进行速度采样并计算，并评判这些路径是好是坏，判断公式为：

7.根据权利要求5所述的一种基于V2X技术的多移动机器人避障系统，其特征在于，通过DWA算法将更新的路径规划通过V2X通信模块发送到路侧单元；运动控制模块依据ROS模块的控制指令，先对机器人的电机控制进行ROS封装，ROS格式下的速度信息包含当前时间戳，x轴、y轴和z轴的线速度和角速度；

8.一种基于V2X技术的多移动机器人避障方法，其特征在于，所述方法用于实现权利要求1至7任意一项所述的一种基于V2X技术的多移动机器人避障系统，所述方法包括以下步骤：

...

【技术特征摘要】

1.一种基于v2x技术的多移动机器人避障系统，其特征在于，所述系统包括：基于ros的多移动机器领航者、路侧单元、基于ros的多移动机器跟随者、云服务器；

2.根据权利要求1所述的一种基于v2x技术的多移动机器人避障系统，其特征在于，所述代价地图由多个图层共同叠加而成，多个图层接受多种类型的ros格式的数据，组合成一张完整的代价栅格地图，用于后续的导航避障任务；深度相机得到的是深度图，先将深度图转化成ros格式的点云信息，再添加一个图层，并将新生成的点云放在该图层中；其中，深度图转ros点云是将图像坐标系转化成世界坐标系，通过相机的内参来约束变换，公式为：

3.根据权利要求1所述的一种基于v2x技术的多移动机器人避障系统，其特征在于，ros模块根据代价地图得知当前的环境并实现路径规划，其中，路径规划分为全局路径规划算法和局部路径规划算法，全局路径规划算法是为了寻找到达目标点的最短路径，局部路径规划算法依照该路径控制机器人行驶，并躲避障碍物。

4.根据权利要求3所述的一种基于v2x技术的多移动机器人避障系统，其特征在于，所述全局路径规划算法使用a*算法，a*算法通过启发函数，选...

【专利技术属性】
技术研发人员：马小陆，狄敏，张睿，姚志强，陆章其，
申请(专利权)人：南京南大电子智慧型服务机器人研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：

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