水面机器人避障方法、装置、设备及可读存储介质.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113885522A(43)申请公布日2022.01.04(21)申请号202111265676.X(22)申请日2021.10.28(71)申请人武汉大学地址430072湖北省武汉市武昌区珞珈山(72)发明人董文永刘壮(74)专利代理机构武汉智权专利代理事务所(特殊普通合伙)42225代理人张凯(51)Int.Cl.G05D1/02(2020.01)权利要求书4页说明书14页附图6页(54)发明名称水面机器人避障方法、装置、设备及可读存储介质(57)摘要本发明提供一种水面机器人避障方法、装置、设备及可读存储介质，该方法包括：生成多条预设时段的轨迹线，划分可行区域和非可行区域；从可行区域中的多条预设时段的轨迹线中删除不可行轨迹线，得到多条预设时段的可行轨迹线；通过评价函数对多条预设时段的可行轨迹线进行评价，基于评价结果，确定预设时段的最优的轨迹线；基于最优轨迹线对应的速度运行水面机器人行驶预设时段，判断水面机器人能否到达目标点，若不能，则执行第一步的步骤，直至水面机器人到达目标点。通过本发明，解决了当出现高密度障碍物或移动的障碍物时，无法准确预判障碍物的位置，导致无法选择出水面机器人移动的最优路径，使得到达目标点所需的时间长的问题。CN113885522ACN113885522A权利要求书1/4页1.一种水面机器人避障方法，其特征在于，所述水面机器人避障方法包括：在预设时刻获取水面机器人的速度采样空间、水面机器人领域半径以及水面机器人在障碍物坐标系下的方位；获取障碍物的速度大小，根据障碍物的速度大小将障碍物划分为静态障碍物和动态障碍物；根据速度采样空间生成多条预设时段的轨迹线，根据预设时刻水面机器人速度大小、领域半径、水面机器人在障碍物坐标系下的方位以及障碍物的速度大小划分可行区域和非可行区域，其中，预设时刻为相邻两预设时刻之间的时长；从可行区域中的多条预设时段的轨迹线中删除与静态障碍物相交或与动态障碍物相交且与障碍物的距离小于领域半径的轨迹线，得到多条预设时段的可行轨迹线；通过评价函数对多条预设时段的可行轨迹线进行评价，基于评价结果，确定预设时段的最优的轨迹线；基于最优轨迹线对应的速度运行水面机器人行驶预设时段，判断水面机器人能否到达目标点，若不能，则执行在预设时刻获取水面机器人的速度采样空间、水面机器人领域半径以及水面机器人在障碍物坐标系下的方位的步骤，直至水面机器人到达目标点。2.如权利要求1所述的水面机器人避障方法，其特征在于，所述在预设时刻获取水面机器人的速度采样空间的步骤包括：根据水面机器人本身的限制和环境限制，将采用速度控制在一定范围内，水面机器人受自身最大速度和最小速度的限制用Vm表示如下：Vm＝{v∈[vmin，vmax]，w∈[wmin，wmax]}；根据水面机器人受到自身电机性能的影响，水面机器人轨迹向前模拟的周期内，存在一个速度范围，用Vd表示如下：其中，v表示水面机器人任一时刻的线速度，w表示水面机器人任一时刻的角速度，vc是水面机器人当前c时刻的线速度，wc是水面机器人的当前c时刻的角速度，v′b和v′a对应水面机器人前进方向上的最大减速度和最大加速度；w′b和w′a对应水面机器人旋转方向上的最大减速度和最大加速度；在最大减速度条件下，水面机器人速度范围用Va表示如下：其中dist(v，w)为速度(v，w)对应轨迹上离障碍物最近的距离；根据上述分析，求取Vm、Vd以及Va速度范围的交集，获取预设时刻水面机器人的速度采样空间。3.如权利要求1所述的水面机器人避障方法，其特征在于，所述根据速度采样空间生成多条预设时段的轨迹线的步骤包括：从速度采样空间中选取多组采样速度，根据水面机器人的多组采样速度利用水面机器人运动模型进行推算，生成多条预设时段的轨迹线，其中，水面机器人运动模型包括非全向运动模型和全向运动模型；2CN113885522A权利要求书2/4页若水面机器人的运动模型为非全向运动模型，则根据非全向运动模型预测模拟机器人的轨迹，每一段相邻两时刻之间的时长内的移动距离计算如下：其中，Δt表示每一段相邻两时刻之间的时长，v表示水面机器人移动的采样线速度，θt表示沿水面机器人坐标系x轴移动时与世界坐标系x轴的夹角，Δx表示沿水面机器人坐标系x轴方向上Δt时间内移动的距离，Δy表示沿水面机器人坐标系y轴方向上Δt时间内移动的距离；依次类推，推算预设时段的轨迹，即累加上述公式中的增量，非全向运动模型累加公式如下：其中，x表示沿水面机器人坐标系x轴方向上Δt时间内累加的移动距离，y表示沿水面机器人坐标系y轴方向上Δt时间内累加的移动距离，w表示水面机器人移动的采样角速度；若水面机器人的运动模型为全向运动模型，即有y方向上的速度，则将