一种基于距离矢量的机器人自主避障移动控制方法

摘要

本发明涉及一种基于距离矢量的机器人自主避障移动控制方法。环境内移动机器人移动过程中通过自身携带的测距传感器、角度传感器测得机器人到障碍物的距离矢量，对附近存在多障碍物的未知环境，始终以机器人当前位置为原点建立坐标系，通过测量机器人到障碍物边缘的距离矢量，得到避碰障碍物的转向角，得到大于机器人自身径向尺寸的两相邻障碍物间距离矢量，获取能同时避碰两相邻障碍物的机器人当前位置到两相邻障碍物间距离矢量中点构成的距离矢量，作为机器人的移动方向和通过两障碍物的移动路径，实现最大限度安全避障，及从起始点到目标点的自主避障移动。本控制模型考虑移动机器人和环境障碍物实际径向尺寸，具有实际应用意义。

主权项

一种基于距离矢量的机器人自主避障移动控制方法，由计算机控制移动机器人实现；计算机通过通信接口与移动机器人串接，实现近程或远程、有线或无线通信控制；移动机器人包括机器人控制单元、机器人本体移动机构和机器人自身携带的测距传感器、角度测量传感器；测距传感器用于测出机器人与障碍物之间的距离，角度测量传感器用于测出机器人到障碍物距离矢量的方向。控制方法其特征在于:始终以机器人当前位置为原点建立坐标系，通过测量机器人到障碍物边缘的距离矢量，获得避碰障碍物的转向角，计算得到大于机器人自身径向尺寸且两相邻障碍物的距离矢量，并获取机器人沿该矢量移动过程中同时避碰两相邻障碍物的机器人当前位置到两相邻障碍物间距离矢量中点构成的距离矢量，作为机器人移动方向和通过两障碍物的移动路径，实现最大限度安全避障，完成从起始点到目标点的自主避障移动；具体控制方法如下：A)移动机器人以移动机器人当前位置为原点建立坐标系，以当前位置到指定目标点形成的矢量为移动的大方向，控制自身携带的测距传感器探测当前移动方向探测区域内的障碍物信息；如前方探测区域内没有障碍物反馈信息，则认为障碍物无限远，按当前方向在安全区域内移动；B)有障碍物A_i的反馈信息，则顺时针或逆时针旋转测量移动机器人到障碍物边缘的距离矢量根据计算机器人避碰障碍物的A_i的最小转向角度并按同一方向继续旋转探测区域内下一个最近相邻障碍物信息；若探测区域内没有相邻障碍物，则机器人进行转向移动，避碰障碍物A_i的最小转向角度为按转动后的方向移动距离S_i后，按步骤A)方式继续；C)若探测区域内有相邻障碍物A_j(i≠j)，则同理测出该障碍物最近相邻障碍物边缘的距离矢量计算机器人避碰相邻障碍物A_j的最小转向角θ_j，计算两相邻障碍物A_i、A_j之间有效空间距离矢量①若两相邻障碍物A_i、A_j之间的有效空间距离R_ij小于移动机器人自身最大径向结构尺寸，则以机器人移动的大方向为基准，旋转探测机器人到障碍物的边缘矢量和下一个相邻障碍物信息；按步骤B)方式继续；②若两相邻障碍物A_i、A_j之间的有效空间距离R_ij大于移动机器人自身最大径向结构尺寸，则计算机器人当前位置到两相邻障碍物A_i、A_j之间的有效空间距离中点的矢量计算与的夹角α_i,与的夹角α_j,若α_i≥θ_i且α_j≥θ_j，则机器人能同时避碰障碍物A_i、A_j，则所得到的距离矢量既为机器人前移的移动路径矢量，机器人沿该矢量方向移动该矢量的距离S_ij后，到达两相邻障碍物之间的有效空间距离中点，顺利通过两障碍物空间，然后按步骤A)方式继续探测下一个探测区域内的环境障碍物信息；反之，如与的夹角α_i、与的夹角α_j有小于避碰障碍物对应最小转向角θ_i、θ_j的，所得到的距离矢量不能作为机器人前移的移动路径矢量；则机器人以移动的目标方向为基准，旋转探测机器人到障碍物的边缘矢量和下一个相邻障碍物信息；按步骤B)方式继续；以此类推，以机器人当前位置到两相邻障碍物之间的有效空间距离中点的矢量作为移动方向和移动路径，使移动机器人穿行在众多障碍物之间行走，实现从起始点到目标点的自主安全避障移动或未知环境内自由自主避障安全移动。