一种移动机器人的低成本自主避障方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于壁障方法，具体涉及一种移动机器人的低成本自主避障方法。
【背景技术】
[0002] 智能移动机器人是一类能够通过传感器感知环境和自身状态，实现在有障碍物的 环境中面向目标的自主导航运动，从而完成预定任务的机器人系统。要实现机器人的自主 避障，必须要解决各个传感器之间的配合，轨迹规划、运动控制、环境建模、实时定位等一系 列问题。经常配置在智能移动机器人上用于避障的传感器多为激光雷达、视觉传感器、红 外、超声等多传感器的融合，该配置方案的优点是躲避障碍物精确，自主行走的速度可以比 较快；缺点是部分传感器价格昂贵，处理时要求CPU的处理速率快，数据存储量大，因此，该 配置在某些精度方面要求不高、速度方面没有特殊要求的特定环境下，例如室内环境，这种 配置就增加了系统的成本，加大了系统的复杂程度，同时降低了产品的性价比。
【发明内容】
[0003] 本发明针对传统技术的缺陷，提供一种移动机器人的低成本自主避障方法。
[0004] 本发明是这样实现的：一种移动机器人的低成本自主避障方法，包括下述步骤：
[0005] 步骤一：设置传感器
[0006] 设置传感器的位置为机器人的四周，以及向上伸高的位置，其中前方和后方各设 置两个传感器，在左右两侧各设置一个传感器，在机器人顶面向上延伸的最高处设置一个 传感器，
[0007] 步骤二：探测
[0008] 在机器人移动过程中，传感器进行探测，探测内容为机器人距离障碍物的距离，
[0009] 步骤三：判断
[0010] 判断每个方向机器人距离障碍物的距离是否在安全阈值之内，为了保证机器人运 动的安全性，安全阈值被分为远、较近、很近三个层次，根据机器人与障碍物的距离，传感器 给出不同信号，
[0011] 步骤四：规避
[0012] 在行进过程中，当方的两个传感器探测到障碍物时，规避策略如附图5所示，
[0013] 在行进过程中，当前方具有一定高度的红外传感器检测到障碍物时且距离小于L2 时，避障策略见下表
[0014] ΤΤ- ^ . ·τ· Λ
t L· f- iLvt \ } Λ J·、 Λ·
[0015] 如上所述的一种移动机器人的低成本自主避障方法，其中，所述步骤三中的最优 的阈值分别为 L3 = 100cm，L2 = 50cm，Q = 20cm。
[0016] 本发明的显著效果是：本申请是针对移动机器人所研究的一种低成本且极为有效 的方法，根据红外与超声共7个传感器的特性制定了统一有序的避障策略，使得移动机器 人可以实现自主避障模式。
【附图说明】
[0017] 图1是超声波传感器与红外传感器在车体中的位置示意图；
[0018] 图2是各传感器与障碍物的距离（俯视图）；
[0019] 图3是各传感器与障碍物的距离（侧视图）；
[0020] 图4位置域值示意图；
[0021] 图5机器人前方超声传感器的避障策略示意图；
[0022] 图6机器人其他传感器避障策略示意图。
【具体实施方式】
[0023] 一种移动机器人的低成本自主避障方法，包括下述步骤：
[0024] 步骤一：设置传感器
[0025] 设置传感器的位置为机器人的四周，以及向上伸高的位置。其中前方和后方各设 置两个传感器，在左右两侧各设置一个传感器，在机器人顶面向上延伸的最高处设置一个 传感器。如附图1、2、3所示。
[0026] 步骤二：探测
[0027] 在机器人移动过程中，传感器进行探测，探测内容为机器人距离障碍物的距离。
[0028] 步骤三：判断
[0029] 判断每个方向机器人距离障碍物的距离是否在安全阈值之内。为了保证机器人运 动的安全性，安全阈值被分为远、较近、很近三个层次，如附图4所示。经过多次试验验证， 得到最优的阈值分别为L 3 = 100cm，L2 = 50cm，Q = 20cm。根据机器人与障碍物的距离， 传感器给出不同信号。
[0030] 步骤四：规避
[0031] 在行进过程中，当左前方的超声传感器Si探测到前方有障碍物且距离小于L2 时，策略默认优先右转，直至障碍物超出距离Ui大于L2，机器人保持现有右转动作，当Ui大 于1^时，机器人左转调整回原来的航向；如果右转的角度超过90°时，机器人原地左转，遵 循上述原则进行航向调整。对于机器人前方右侧的超声波传感器根据U 2与L2、L3的大小进 行避障策略的改变，只有当Ui和U2大小都大于L 3时，机器人保持直行，具体前方两个超声 传感器的避障策略如图5所示。
[0032] 在行进过程中，当前方具有一定高度的红外传感器检测到障碍物且距离小于L2 时，机器人右转，并当右转角度超过90°仍有障碍时机器人左转，其他的避障策略同上述方 法相同。值得一提的是，当左转或右转的过程中，机器人后侧的两个超声传感器S3、S4所感 应到的障碍物距离U 3、U4小于Q时，需要机器人采取前进措施进行距离的微调；当前进过程 中，机器人两侧的红外传感器S 6、S7检测到周围的障碍物距离12、13小于Q时，需要机器人 采取左转和右转的动作进行距离的微调。具体的避障策略见图6。
【主权项】
1. 一种移动机器人的低成本自主避障方法，其特征在于，包括下述步骤： 步骤一：设置传感器 设置传感器的位置为机器人的四周，以及向上伸高的位置，其中前方和后方各设置两 个传感器，在左右两侧各设置一个传感器，在机器人顶面向上延伸的最高处设置一个传感 器， 步骤二：探测 在机器人移动过程中，传感器进行探测，探测内容为机器人距离障碍物的距离， 步骤三：判断 判断每个方向机器人距离障碍物的距离是否在安全阈值之内，为了保证机器人运动的 安全性，安全阈值被分为远、较近、很近三个层次，根据机器人与障碍物的距离，传感器给出 不同信号， 步骤四：规避 在行进过程中，当方的两个传感器探测到障碍物时，规避策略如下表所示，在行进过程中，当前方具有一定高度的红外传感器检测到障碍物时且距离小于L2时， 避障策略见下表2.如权利要求1所述的一种移动机器人的低成本自主避障方法，其特征在于：所述步 骤三中的最优的阈值分别为L3 = 100cm，L2 = 50cm，L1 = 20cm。。
【专利摘要】本发明属于壁障方法，具体涉及一种移动机器人的低成本自主避障方法。它包括下述步骤：步骤一：设置传感器，设置传感器的位置为机器人的四周，以及向上伸高的位置，其中前方和后方各设置两个传感器，在左右两侧各设置一个传感器，在机器人顶面向上延伸的最高处设置一个传感器，步骤二：探测，步骤三：判断，判断每个方向机器人距离障碍物的距离是否在安全阈值之内，步骤四：规避，在行进过程中，当方的两个传感器探测到障碍物时规避。本发明的显著效果是：本申请是针对移动机器人所研究的一种低成本且极为有效的方法，根据红外与超声共7个传感器的特性制定了统一有序的避障策略，使得移动机器人可以实现自主避障模式。
【IPC分类】G05D1/02
【公开号】CN105487536
【申请号】CN201410538970
【发明人】吕博, 王芳, 张新华, 季冉明, 王娅娟
【申请人】北京自动化控制设备研究所
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年10月13日