一种动态避让方法及移动机器人技术

本发明专利技术公开的动态避让方法，包括如下步骤：通过寻迹算法控制移动机器人沿固定行驶路径R1行驶；基于固定行驶路径R1的行驶过程中，若检测前方存在障碍物，则基于A*算法规划当前位置到目标位置的最短路径R2，将最短路径R2设为参考路径；DWA动态窗口算法基于参考路径进行采样，输出若干条评分高的路径，称为候选路径；基于候选路径的电机速度差及姿态角差值、候选路径与参考轨迹的相似度对候选路径进行二次评价，最高二次评分的候选路径作为当前的行驶路径。对DWA动态窗口算法的输出高分路径从电机速度差、姿态角度差与路径相似度三个方面进行二次评价，将姿态角度差小，电机速度差小及路径相似度高的高分路径作为避障路径，能实现路径的滑切换。实现路径的滑切换。实现路径的滑切换。

【技术实现步骤摘要】
一种动态避让方法及移动机器人


[0001]本专利技术属于机器人
，更具体地，本专利技术涉及一种动态避让方法及移动机器人。

技术介绍

[0002]移动机器人在运行过程中，常会遇到原地图中不存在的障碍物，即常说的动态障碍物，因此，移动机器人即使基于导航算法导航也很难严格按照起初规划的路径来走，目前的机器人规划方式都包含全局规划与局部规划两个部分，其中全局规划负责定好机器人运动的整体路径和方向，动态规划则在全局规划的基础上，根据实时环境信息来规划当前最优路径来导航，即实现动态避障。
[0003]在服务机器人中常用动态避障导航算法为DWA算法(动态窗口算法)，该算法基本原理是根据机器人当前状态对机器人运动可达路径进行采样，并根据一定规则对采样的路径进行评分，评分最高的路径即为当前机器人运动控制的路径，该方法优点在于机器人控制灵活，因为总存在一个最高分的路径用于运动控制，除非所有路径得分都为0，由于DWA算法中的参数和全局路径有关，不能动态调整相关参数，其参数大都基于单一行驶场景进行配置，无法满足复杂行驶场景的路径规划，例如在整体较直的全局路径中存在U型路径的行驶场景，另外，在DWA算法进行避障时，从固定路径导航算法切换至动态避障导航算法时可能存在切换不平滑的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种动态避让方法，旨在改善上述问题。
[0005]本专利技术是这样实现的，一种动态避让方法，所述动态避让方法具体包括如下步骤：
[0006]S1、通过寻迹算法控制机器人沿固定行驶路径R1行驶；
[0007]S2、基于固定行驶路径R1的行驶过程中，若检测前方存在障碍物，则基于A*算法规划当前位置到目标位置的最短路径R2，将最短路径R2设为参考路径；
[0008]S3、DWA动态窗口算法基于参考路径进行采样，输出若干条评分高的路径，称为候选路径；
[0009]S4、基于候选路径的电机速度差及姿态角差值、候选路径与参考轨迹的相似度来对候选路径进行二次评价，最高二次评分的候选路径作为当前的行驶路径。
[0010]目标位置处于障碍物行驶后方的固定行驶路径R1上。
[0011]进一步的，目标位置的确定方法具体如下：
[0012]以当前位置为中心划定安全区域，获取安全区域与固定行驶路径的交点，位于当前位置正前方的交点即为目标位置，所述安全区域为矩形或圆形。
[0013]进一步的，候选路径的二次评分为候选路径的电机速度差评分、候选路径的姿态角差评分及候选路径的相似度评分的三者之和。
[0014]进一步的，候选路径的电机速度差评分的获取方法具体如下：
[0015]检测路径切换前固定行驶路径所需电机速度与路径切换后候选路径所需电机速度的方向是否相同，若检测结果为是，则获取切换前后时刻的各固定行驶路径与候选路径的所需电机速度差值绝对值|dv|；
[0016]对所有的电机速度差|dv|进行归一化，dv
*
为归一化后的电机速度差值；
[0017]定义候选路径的电机速度差评分的权值为K1，基于高斯函数计算差值dv
*
的评分，即为差值|dv|的评分。
[0018]进一步的，候选路径姿态角差评分的获取方法具体如下：
[0019]获取切换前后时刻的各固定行驶路径与候选路径的姿态角差值绝对值|dθ|；
[0020]对所有的姿态角差|dθ|进行归一化，dθ
*
为归一化后的姿态角差值；
[0021]定义候选路径姿态角差评分的权值为K2，基于高斯函数计算差值dθ
*
的评分，即为差值|dθ|的评分；
[0022]或者是计算姿态角差|dθ|的余弦值，K2*cos|dθ|即为差值|dθ|的评分。
[0023]进一步的，候选路径的相似度评分获取方法具体如下：
[0024]对各候选轨迹按照固定分辨率进行取点，对参考轨迹按相同分辨率取相同数量的点，序列化的点一一对应，形成点对；
[0025]计算所有点对的距离之和S
t
，即候选轨迹与参考轨迹的相似程度；
[0026]对所有的距离S
t
进行归一化，S
t*
为归一化后的距离；
[0027]定义候选路径相似评分的权值为K3，基于高斯函数计算距离S
t*
的评分，即为距离S
t
的评分。
[0028]本专利技术是这样实现的，一种移动机器人，所述移动机器人包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由所述处理器加载并执行以实现上述动态避让方法。
[0029]本专利技术对DWA动态窗口算法的输出高分路径从电机速度差、姿态角度差与路径相似度三个方面进行二次评价，将姿态角度差小，电机速度差小及路径相似度高的高分路径作为避障路径，能实现路径的滑切换。
附图说明
[0030]图1为本专利技术实施例提供的动态避让方法流程图；
[0031]图2为本专利技术实施例提供的目标位置确定的示意图。
具体实施方式
[0032]下面对照附图，通过对实施例的描述，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本专利技术的专利技术构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
[0033]图1为本专利技术实施例提供的动态避让方法流程图，该方法具体包括如下步骤：
[0034]S1、通过寻迹算法控制机器人沿固定行驶路径R1行驶；
[0035]固定行驶路径R1是通过A*算法规划出的从起点位置到终点位置的最短行驶路径，或者是用户自定义编辑的从起点位置到终点位置的行驶路径。
[0036]S2、基于固定行驶路径R1的行驶过程中，若检测前方存在障碍物，则基于A*算法规划当前位置到目标位置的最短路径R2，将最短路径R2设为参考路径；
[0037]其中，目标位置位于障碍物行驶后方的固定行驶路径R1上，其确定方法具体如下：
[0038]以当前位置为中心划定安全区域，获取安全区域与固定行驶路径的交点，位于当前位置正前方的交点即为目标位置，所述安全阈值一般为矩形或圆形，基于小车当前的最大行驶速度来设置，若当前小车的最大行驶速度为1m/s，安全区域是边长为6m的正方形或直径为6m的圆形，如图2所示，图中三角形为障碍物，位置1为当前位置，位置2位目标位置。
[0039]S3、DWA动态窗口算法基于参考路径进行采样，输出若干条评分高的路径，称为候选路径；
[0040]S4、基于候选路径的电机速度差及姿态角差、候选路径与参考轨迹的相似度来对候选路径进行二次评价，最高二次评分的候选路径作为当前的行驶路径；
[0041]候选路径的电机速度差是指从固定行驶路径切换至候选路径时，切换前后时刻的候选路径所需电机速度与固定行驶路径所需电机速度的差值绝对值；
[0042]候选路径的姿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动态避让方法，其特征在于，所述动态避让方法具体包括如下步骤：S1、通过寻迹算法控制机器人沿固定行驶路径R1行驶；S2、基于固定行驶路径R1的行驶过程中，若检测前方存在障碍物，则基于A*算法规划当前位置到目标位置的最短路径R2，将最短路径R2设为参考路径；S3、DWA动态窗口算法基于参考路径进行采样，输出若干条评分高的路径，称为候选路径；S4、基于候选路径的电机速度差及姿态角差值、候选路径与参考轨迹的相似度来对候选路径进行二次评价，最高二次评分的候选路径作为当前的行驶路径。目标位置处于障碍物行驶后方的固定行驶路径R1上。2.如权利要求1所述动态避让方法，其特征在于，目标位置的确定方法具体如下：以当前位置为中心划定安全区域，获取安全区域与固定行驶路径的交点，位于当前位置正前方的交点即为目标位置，所述安全区域为矩形或圆形。3.如权利要求1所述动态避让方法，其特征在于，候选路径的二次评分为候选路径的电机速度差评分、候选路径的姿态角差评分及候选路径的相似度评分的三者之和。4.如权利要求3所述动态避让方法，其特征在于，候选路径的电机速度差评分的获取方法具体如下：检测路径切换前固定行驶路径所需电机速度与路径切换后候选路径所需电机速度的方向是否相同，若检测结果为是，则获取切换前后时刻的各固定行驶路径与候选路径的所需电机速度差值绝对值|dv|；对所有的电机速度差|dv|进行归一化，dv
*
为归一化后的电机速度差值；定义候选路径的电机速度差评分的权值为K1，基于高斯函数计算差值dv
*

【专利技术属性】
技术研发人员：郑亮，陈双，孙龙龙，陈昕，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学芜湖机器人产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：