主导航方法从仿生 学的角度出发，提出"仿生触角"模型来理解传感器信息，将机器人简化成半径为Rr的圆，Rr 为机器人外接圆半径，并包括多个检测单元。2. 根据权利要求1所述的自主导航方法，其特征在于，所述检测单元分别为半圆环形触 角化gs、Dngb和化go，半径分别为Rs、姑和Ro，圆形触角Lng,箭头形触角化g，W及位于正前方 位置由矩形（2Rs X a)加半圆形（半径Rs)组成的宽面积型触角Sng，化gs、Dngb用于检测用于 探测激光雷达180°范围内最近的障碍物点；Dng。用于检测位于相遇点时障碍物所处的方 位;Lng用于记录依靠自身定位系统实时得到的机器人位置;化g用于记录航向传感器实时 获得的机器人航向角；Sng用于检测当前传感器探测范围内无障碍直线行走的最大距离 Smax; 所述方法包括四种行走行为方式、六种行为触发条件，所述行走方式为:对准转向、直 线前进、避开转向、弧线绕行，所述行为触发条件为:对准条件、偏航条件、相遇条件、避开条 件、脱离条件、终点条件； 所述方法步骤如下： 步骤1:从起点S向目标点T行进，对准转向行为触发，判断是否满足对准条件，若满足对 准条件，进行步骤2，不满足对准条件，继续执行对准转向行为； 步骤2:直线前行行为触发，判断是否满足偏航条件，若满足偏航条件，返回步骤1，不满 足偏航条件进行步骤3; 步骤3:判断是否满足偏航条件，若满足相遇条件，进行步骤4，不满足相遇条件，进行步 骤5; 步骤4:避开转向行为触发，判断是否满足避开条件，若满足避开条件，进行步骤6,不满 足避开条件，继续执行避开转向行为； 步骤5:判断是否满足终点条件，若满足终点条件，终点登陆，抵达目标点T，不满足终点 条件，返回步骤2; 步骤6:弧线绕行行为触发，判断是否满足相遇条件，若满足相遇条件，返回步骤4,不满 足相遇条件，进行步骤7; 步骤7:判断是否满足脱离条件，若满足脱离条件，返回步骤1，不满足脱离条件，返回步 骤6。3. 根据权利要求2所述的自主导航方法，其特征在于，所述四种行走行为方式具体如 下： 对准转向：在S、P和L处执行的旨在对准目标点T的原地转向动作，转向方向按最小转角 原则来决定，直到对准目标点T对准转向行走行为结束，其中S为起点，T为目标点，L为机器 人绕行障碍物边缘结束时所处的位置点，P为机器人直线前进过程中航向角发生偏离的位 置点； 直线前进:在对准目标点T后所执行的沿XT方向的直线行走动作，直到到达目标点T(此 时任务结束)或者航向角发生偏离(此时位于偏离点P)或者遇到障碍物(此时位于相遇点H) 为止，包括从S完成对准转向行为后的直线行走动作，航向角发生偏离后对准目标点T的直 线行走动作，W及脱离障碍物边缘后对准目标点T的直线行走动作； 避开转向：在障碍物边缘绕行过程中所执行的为远离障碍物而实施的原地转向动作， 当处于直线前进或弧线绕行行走行为过程中遇到障碍物，即Dngs检测到位于相遇点H，则触 发避开转向行走行为，直至化gb检测不到障碍物时避开转向行走行为结束，H表示机器人碰 到障碍物时所处的位置点； 弧线绕行：在障碍物边缘绕行过程中所执行的沿一定曲率半径圆弧绕行行走动作，当 遇到障碍物执行的避开转向行走行为结束时，则触发弧线绕行行走行为，直至再次遇到障 碍物(Dngs检测到下一个相遇点H)或满足脱离点条件，则弧线绕行行走行为结束。4. 根据权利要求3所述的自主导航方法，其特征在于，所述避开转向行为检测过程中按 施密特触发器有RsabW提高系统的稳定性，所述避开转向行为的方向确定方法是：当位于 相遇点H时障碍物位于机器人左侧则原地右转，反之原地左转，如果机器人避开转向一周， 则表示无法避开障碍物，停止运动，障碍物的方向通过化g。来检测，设置R。〉化W提高障碍物 检测的准确率，若在触角Dng。探测范围内激光雷达共检测到m个障碍物点，计算其方位角 (相对于X轴)的算术平均值，记为#，则有： 定义如下的整型标志变量其中，f。b t = O表示障碍物位于右侧，f。b t = 1表示障碍物位于左侧，当位于起点S和脱离 点L处时，该变量进行初始化有f〇bt = -l; 弧线绕行转弯方向与避开转向转弯方向对应，当遇到障碍物执行的避开转向为原地左 转，则弧线右转，反之弧线左转。5. 根据权利要求2所述的自主导航方法，其特征在于，所述对准条件具体为:判断对准 转向过程中机器人当前航向角是否沿着XT方向，用于连接对准转向与直线前进，对准条件 通过化g判断，其定量表达式为目r =目XT，其中目r为机器人当前航向角，目XT表示矢线段XT的方 位角，若0r=0XT，直线前进触发，否则保持当前行为。 6 .根据权利要求2所述的自主导航方法，其特征在于，所述偏航条件具体为:判断直线 前进过程中机器人是否位于偏航点P，即当前航向角是否偏离XT方向，用于连接直线前进与 对准转向，偏航条件通过化g判断，其定量表达式为I 0r-0XT|〉0n，其中为预先设定的航向偏 离阔值，若|9r-0XT|〉0n，对准转向触发，否则保持当前行为。7. 根据权利要求2所述的自主导航方法，其特征在于，所述相遇条件具体为:判断直线 前进或弧线绕行过程中是否遇到障碍物，即是否处于相遇点H，用于连接直线前进与避开转 向或弧线绕行与避开转向，相遇条件通过化gs和Dngo判断，其中化gs判断是否遇到障碍物， Dng。判断位于相遇点H时障碍物的方位，其定量表达式为dmin含Rs,若dmin含Rs,避开转向触 发，否则保持当前行为，其中dmin表示激光雷达探测范围内机器人与障碍物之间的最近距 离。8. 根据权利要求2所述的自主导航方法，其特征在于，所述避开条件具体为:判断避开 转向过程中是否避开障碍物，用于连接避开转向和弧线绕行，避开条件通过Dngb判断，其定 量表达式为dmin含化，若dmin含化，弧线绕行触发，否则保持当前行为；当机器人避开转向一 周，则表示机器人无法避开障碍物，导航任务失败。 9 .根据权利要求2所述的自主导航方法，其特征在于，所述脱离条件具体为:判断在弧 线绕行过程中是否脱离障碍物边缘，即判断是否处于脱离点L，用于连接弧线绕行与对准转 向，脱离条件通过化g和Sng判断，其中定量表达式为（I白SX-白xt|<0a| I I白r-白xt| <白6&& dxT< Smax)OR(|白SX-白Xt|<0a| I I白广白XtI <白6 && Smax>Sstep)，其中白A为预先设定的直线重合度容差， 为预先设定的对准角度容差，0SX为矢线段SX的方位角，Sstep为预先设定的脱离阔值，Smax 表不XT方向可无障碍直线行走的最大距离，若（（I白SX-白Xt|<9a| I I白r-白Xt| <白6 && dxT<Smax) 0R(|白SX-白Xt|<0a| I I白广白Xt| <白6 && Smax>Sstep))，对准转向触发，否则保持当前行为。 10 .根据权利要求2所述的自主导航方法，其特征在于，所述终点条件具体为:判断直线 前进过程中是否到达目标点T，用于判断整个导航任务是否完成，终点条件通过Lng判断，其 定量表达式为dxT含山，其中de为预先设定的终点距离容差，dxT表示矢线段XT的长度，若dxT < 山，启动终点登陆程序，导航任务结束，否则保持当前行为。
【专利摘要】一种基于仿生触角的机器人自主导航方法，所述自主导航方法从仿生学的角度出发，提出“仿生触角”模型来理解传感器信息，所述方法包括四种行走行为方式、六种行为触发条件，所述行走方式为：对准转向、直线前进、避开转向、弧线绕行，所述行为触发条件为：对准条件、偏航条件、相遇条件、避开条件、脱离条件、终点条件，依靠仿生触角感知周围未知环境，实时激励触发相应的行走行为，全过程仿生学设计，适用于机器人未知环境下定目标点自主导航任务，不仅能忽略障碍物边缘形状的限制，而且对于复杂障碍物情形同样具有良好的适应性。
【IPC分类】G01C21/00, G01C21/20, G05D1/02
【公开号】CN105509729
【申请号】CN201510785516
【发明人】江济良, 马祥森, 胡琦, 杨东伟, 余敏, 黄蜀玲
【申请人】中国航天时代电子公司
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年11月16日