专利名称：基于遥操作移动机器人的辅助避障方法
技术领域：
本发明涉及移动机器人技术以及复杂环境监测领域。具体提出了一种基于遥操作
移动机器人的辅助避障方法。
背景技术：
随着移动机器人技术的发展，移动机器人的自主避障能力作为保护机器人安全工 作的基本功能而有着非常广泛的应用。但在复杂环境执行任务的移动机器人，经常遇到周 围布满障碍物的情况。有些障碍物无法冲破或翻越，而有些障碍物则很容易冲破或翻越。目 前的移动机器人的自主避障功能无法分辨障碍物的具体情况而只能选择全部避让，这很大 程度上限制了自主避障移动机器人在复杂环境执行任务的能力。完全放弃移动机器人的自 主避障能力而采用人工控制又会浪费移动机器人本身强大的传感能力，浪费操作人员的精 力并降低移动机器人的工作效率。利用移动机器人的避障能力作为辅助避障手段，为操作 人员提供示警并减速保证安全。操作人员可以通过传回的工作现场图像信息对障碍物属性 做出判断，决定避让、突破障碍还是利用机械手臂清除障碍。对于在复杂未知环境下工作的 基于遥操作的移动机器人采用辅助避障方法，可以在保证机器人安全的前提下，减轻操作 人员的工作负担，提高工作效率，并完成自主避障机器人不能完成的突破和清除障碍工作。
发明内容
本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种基于遥操作移动机器人的辅助 避障方法，使用该发明可以在保证机器人安全的前提下，减轻操作人员的工作负担，提高工 作效率，并完成自主避障机器人不能完成的突破和清除障碍工作。
本发明为实现上述目的，采用如下技术方案 本发明基于遥操作移动机器人的辅助避障方法，其特征在于在遥操作移动机器 人上安装至少一组测距传感器组及至少两台摄像机，测距传感器组安装在遥操作移动机器 人的前端，用于测量障碍物与遥操作移动机器人移动方向上的距离；摄像机安装在遥操作 移动机器人的支架和机械手臂前端上，用于拍摄遥操作移动机器人工作现场的远景图像和 障碍物近景图像；所述遥操作移动机器人根据所述移动方向上的距离、工作现场的远景图 像和障碍物近景图像清理障碍物。 所述的基于遥操作移动机器人的辅助避障方法，其特征在于操作人员通过本地 操作平台控制遥操作移动机器人进入工作现场，在遥操作移动机器人行进的同时利用第一 台摄像机拍摄现场的图像并将图像传回本地，利用测距仪获取遥操作移动机器人在其行进 方向上与障碍物间的距离，根据距离大小对遥操作移动机器人前进的速度进行限制，并向 本地操作平台发出相应警报。 所述的基于遥操作移动机器人的辅助避障方法，其特征在于所述根据距离大小 设置限制和警报方法是 如果所述距离大于遥操作移动机器人最大行进速度与遥操作移动机器人最大反应时间的乘积，则不对机器人前进速度做任何限制；如果该距离小于遥操作移动机器人最 大行进速度与遥操作移动机器人最大反应时间的乘积而大于遥操作移动机器人中等行进 速度与遥操作移动机器人最大反应时间的乘积，则限制遥操作移动机器人的行进速度为中 等行进速度以下，并向本地操作平台发出接近低级警报；如果该距离小于遥操作移动机器 人中等行进速度与遥操作移动机器人最大反应时间的乘积而大于遥操作移动机器人缓慢 行进速度与遥操作移动机器人最大反应时间的乘积，则限制遥操作移动机器人的行进速度 为缓慢速度以下，并向本地操作平台发出接近中级警报；如果该距离小于遥操作移动机器 人缓慢行进速度与遥操作移动机器人最大反应时间的乘积则控制遥操作移动机器人停止 前进，并向本地操作平台发出接近高级警报。 所述的基于遥操作移动机器人的辅助避障方法，其特征在于所述清理障碍物的 方法如下 接近障碍物之后，操作人员通过摄像机传回的图像对工作现场的障碍物进行观 察，决定遥操作移动机器人的行进方式绕行避让或强行突破或利用机械手清除障碍；如 果选择绕行避让，则改变遥操作移动机器人行进方向，仍然使用常规辅助避障方法；如果选 择强行突破，则操作人员手动将遥操作移动机器人行进模式切换到强行突破模式；如果选 择清除障碍，则操作人员利用障碍物近景图像手动控制机械臂清除障碍后使用常规辅助避 障方法继续行进。 所述的基于遥操作移动机器人的辅助避障方法，其特征在于所述强行突破模式 是限制遥操作移动机器人的行进速度为缓慢速度以下，并向本地操作平台发出接近高级警 报和强行突破模式警报，当突破完成后即遥操作机器人在其行进方向上与障碍物间的距离 大于遥操作移动机器人缓慢行进速度与遥操作移动机器人最大反应时间的乘积时重新使 用之前的辅助避障方法，但强行突破模式警报并未解除，操作人员手动切换回避障模式解 除强行突破模式警报。
本发明与现有技术相比，本发明具有如下优点 本发明以遥操作移动机器人为平台，由遥操作移动机器人传感器获得障碍物信 息，根据障碍物接近程度不同分级设置速度并发出警报，操作人员也可根据现场情况决定 采取何种措施，既可减轻遥操作移动机器人操作人员的工作负担，又可以克服自主避障移 动机器人在复杂环境下工作困难的问题。此外，遥操作移动机器人上装有机械手臂，可以清 理现场的简单障碍物。这种人机交互的移动机器人行为决策手段在复杂环境下具有简单、 快速、实用等优点，十分适合在复杂环境下工作的遥操作移动机器人使用。
图1是本发明本地操作平台与遥操作移动机器人无线通讯示意图。 图2是本发明的总体结构图。 图3是的本发明的机器人端操作流程示意图。 图4是的本发明的操作人员操作流程示意图。
具体实施例方式
下文以一组测距传感器组和二台摄像机为例，结合附图及具体实施例对本发明基于遥操作移动机器人的辅助避障方法进行详细描述。 如图1所示，是本发明本地操作平台与遥操作移动机器人无线通讯示意图。
如图2所示，基于遥操作移动机器人的辅助避障方法包括遥操作移动机器人车体 5、安装在遥操作移动机器人车体前端的测距传感器组1、车尾支架上的第一台摄像机4、机 械手臂3、安装在机械手臂上方的第二台摄像机2。
其中各部分的功能描述如下 (1)遥操作移动机器人车体5 :基于遥操作的移动机器人，内含运动控制装置、网 络电台、图像处理和传输装置等。
(2)测距传感器组1 :用于测量遥操作移动机器人在行进方向上与障碍物间的距离。 (3)第一台摄像机4 :用于采集工作现场的图像信息，通过遥操作移动机器人上的 图像处理和传输装置传回本地操作平台。
(4)机械手臂3 :用于对简单障碍物进行清理工作。 (5)第二台摄像机2 :用于近距离采集机械手臂前方图像信息并通过遥操作移动 机器人上的图像处理和传输装置传回本地操作平台。 如图3、4所示。操作人员通过本地操作平台控制遥操作移动机器人进入工作现 场，在遥操作移动机器人行进的同时利用第一台摄像机4拍摄现场的图像并将图像传回本 地，利用测距传感器组1获取遥操作移动机器人在其行进方向上与障碍物间的距离，根据 距离大小对遥操作移动机器人前进的速度进行限制，并向本地操作平台发出相应警报。
根据所获得的遥操作机器人在其行进方向上与障碍物间的距离大小对遥操作移 动机器人前进的速度进行限制并向操作平台发出警报，所述的限制和警报方法是如果该 距离大于遥操作移动机器人最大行进速度与遥操作移动机器人最大反应时间的乘积(乘 积一 )，则不对机器人前进速度做任何限制；如果该距离小于乘积一而大于遥操作移动机 器人中等行进速度与遥操作移动机器人最大反应时间的乘积(乘积二 )，则限制遥操作移 动机器人的行进速度为中等行进速度以下，并向本地操作平台发出接近低级警报；如果该 距离小于乘积二而大于遥操作移动机器人缓慢行进速度与遥操作移动机器人最大反应时 间的乘积(乘积三)，则限制遥操作移动机器人的行进速度为缓慢速度以下，并向本地操作 平台发出接近中级警报；如果该距离小于乘积三则控制遥操作移动机器人停止前进，并向 本地操作平台发出接近高级警报。 接近障碍物之后，操作人员通过第一台摄像头4和第二台摄像头2传回的图像对 工作现场的障碍物进行观察，决定遥操作移动机器人的行进策略，是绕行避让、强行突破还 是利用机械手清除障碍。如果选择绕行避让，则改变遥操作移动机器人行进方向，仍然使用 之前的辅助避障方法；如果选择强行突破，则需操作人员手动将遥操作移动机器人行进模 式切换到强行突破模式；如果选择清除障碍，则需操作人员利用第二台摄像头2传回的图 像手动控制机械手臂3清除障碍后使用之前的辅助避障方法继续行进。 将遥操作移动机器人行进模式切换到强行突破模式，所述的强行突破模式是限 制遥操作移动机器人的行进速度为缓慢速度以下，并向本地操作平台发出接近高级警报和 强行突破模式警报，当突破完成后即遥操作机器人在其行进方向上与障碍物间的距离大于 乘积三时重新使用之前的辅助避障方法，但强行突破模式警报并未解除，操作人员需手动
5切换回避障模式才可以解除强行突破模式警报c
权利要求
一种基于遥操作移动机器人的辅助避障方法，其特征在于在遥操作移动机器人上安装至少一组测距传感器组及至少两台摄像机，测距传感器组安装在遥操作移动机器人的前端，用于测量障碍物与遥操作移动机器人移动方向上的距离；摄像机安装在遥操作移动机器人的支架和机械手臂前端上，用于拍摄遥操作移动机器人工作现场的远景图像和障碍物近景图像；所述遥操作移动机器人根据所述移动方向上的距离、工作现场的远景图像和障碍物近景图像清理障碍物。
2. 根据权利要求1所述的基于遥操作移动机器人的辅助避障方法，其特征在于操作 人员通过本地操作平台控制遥操作移动机器人进入工作现场，在遥操作移动机器人行进的 同时利用第一台摄像机拍摄现场的图像并将图像传回本地，利用测距仪获取遥操作移动机 器人在其行进方向上与障碍物间的距离，根据距离大小对遥操作移动机器人前进的速度进 行限制，并向本地操作平台发出相应警报。
3. 根据权利要求2所述的基于遥操作移动机器人的辅助避障方法，其特征在于所述 根据距离大小设置限制和警报方法是如果所述距离大于遥操作移动机器人最大行进速度与遥操作移动机器人最大反应时 间的乘积，则不对机器人前进速度做任何限制；如果该距离小于遥操作移动机器人最大行 进速度与遥操作移动机器人最大反应时间的乘积而大于遥操作移动机器人中等行进速度 与遥操作移动机器人最大反应时间的乘积，则限制遥操作移动机器人的行进速度为中等行 进速度以下，并向本地操作平台发出接近低级警报；如果该距离小于遥操作移动机器人中 等行进速度与遥操作移动机器人最大反应时间的乘积而大于遥操作移动机器人缓慢行进 速度与遥操作移动机器人最大反应时间的乘积，则限制遥操作移动机器人的行进速度为缓 慢速度以下，并向本地操作平台发出接近中级警报；如果该距离小于遥操作移动机器人缓 慢行进速度与遥操作移动机器人最大反应时间的乘积则控制遥操作移动机器人停止前进， 并向本地操作平台发出接近高级警报。
4. 根据权利要求1所述的基于遥操作移动机器人的辅助避障方法，其特征在于所述 清理障碍物的方法如下接近障碍物之后，操作人员通过摄像机传回的图像对工作现场的障碍物进行观察，决 定遥操作移动机器人的行进方式绕行避让或强行突破或利用机械手清除障碍；如果选择 绕行避让，则改变遥操作移动机器人行进方向，仍然使用常规辅助避障方法；如果选择强行 突破，则操作人员手动将遥操作移动机器人行进模式切换到强行突破模式；如果选择清除 障碍，则操作人员利用障碍物近景图像手动控制机械臂清除障碍后使用常规辅助避障方法 继续行进。
5. 根据权利要求4所述的基于遥操作移动机器人的辅助避障方法，其特征在于所述 强行突破模式是限制遥操作移动机器人的行进速度为缓慢速度以下，并向本地操作平台发 出接近高级警报和强行突破模式警报，当突破完成后即遥操作机器人在其行进方向上与障 碍物间的距离大于遥操作移动机器人缓慢行进速度与遥操作移动机器人最大反应时间的 乘积时重新使用之前的辅助避障方法，但强行突破模式警报并未解除，操作人员手动切换 回避障模式解除强行突破模式警报。
全文摘要
本发明公布了一种基于遥操作移动机器人的辅助避障方法，本发明遥操作移动机器人在操作员的远程无线控制下进入工作现场，通过无线传输将工作现场的信息传回本地操作平台；移动机器人上设有超声波和红外线测距设备，可以测量机器人与周围障碍物间的距离；移动机器人上还装有监视现场情况的摄像机，将现场图像传到本地操作平台。当移动机器人遇到障碍物后，首先根据障碍物的远近程度设定移动速度，并向本地操作平台发出警报。本地操作人员可根据现场图像信息及车载传感器信息对障碍物情况进行分析，决定采取避障措施或是强制机器人冲破障碍。本发明具有人机协作，灵活避障的优点，可用于在复杂现场工作的移动机器人进行局部自主的辅助避障。
文档编号G05D1/00GK101763119SQ20091026308
公开日2010年6月30日 申请日期2009年12月16日 优先权日2009年12月16日
发明者包加桐, 唐鸿儒, 宋爱国, 崔建伟, 曹彦, 章华涛, 郭晏, 韩益利 申请人:东南大学