本發(fā)明涉及機(jī)器人，具體涉及一種激勵(lì)機(jī)器人靠右繞障的導(dǎo)航方法、系統(tǒng)、設(shè)備和存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、隨著移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)用的普及，公共場合中移動(dòng)機(jī)器人的密度越來越高，機(jī)器人在導(dǎo)航過程中與人相遇或與其他機(jī)器人相遇的情況越來越頻繁。現(xiàn)有技術(shù)，機(jī)器人導(dǎo)航時(shí)碰到對(duì)向的障礙物（行人或其他機(jī)器人），通常從隨機(jī)方向繞過障礙物，可能從左邊繞過也可能從右邊繞過。這種不遵守人類靠右行的約定的導(dǎo)航行為帶來的不確定性，不但會(huì)影響人們的通行效率，而且當(dāng)多個(gè)機(jī)器人在窄走廊對(duì)向相遇時(shí)可能互不相讓，最終堵死走廊，使整個(gè)多機(jī)器人系統(tǒng)停擺。

2、mppi控制器全稱：模型預(yù)測路徑積分控制器。mppi控制器是一個(gè)預(yù)測控制器，是teb和純路徑跟蹤mpc控制器的繼任者。它使用基于采樣的方法來選擇最優(yōu)軌跡，在連續(xù)迭代中進(jìn)行優(yōu)化。它包含基于插件的代價(jià)函數(shù)，便于定制和擴(kuò)展以適應(yīng)各種行為和行為屬性。該控制器目前適用于差分、全向和阿克曼型機(jī)器人。

3、mppi算法是mpc的一種變體，通過迭代方法為機(jī)器人找到控制速度。利用上一個(gè)時(shí)間步的最優(yōu)控制序列和機(jī)器人的當(dāng)前狀態(tài)，施加一組來自高斯分布的隨機(jī)擾動(dòng)?；跈C(jī)器人運(yùn)動(dòng)模型，這些帶噪聲的控制信號(hào)通過前向仿真生成一組軌跡。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種激勵(lì)機(jī)器人靠右繞障的導(dǎo)航方法、系統(tǒng)、設(shè)備和存儲(chǔ)介質(zhì)。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、一種激勵(lì)機(jī)器人靠右繞障的導(dǎo)航方法，使用mppi控制器生成多條導(dǎo)航軌跡，建立激勵(lì)機(jī)器人靠右繞障的代價(jià)函數(shù)，基于所述代價(jià)函數(shù)評(píng)價(jià)每一條導(dǎo)航軌跡的總代價(jià)值，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人沿總代價(jià)值最小的導(dǎo)航軌跡繞障。

4、為優(yōu)化上述技術(shù)方案，采取的具體措施還包括：

5、進(jìn)一步地，所述建立激勵(lì)機(jī)器人靠右繞障的代價(jià)函數(shù)具體為：

6、設(shè)參考路徑與動(dòng)態(tài)障礙物相交的第一個(gè)點(diǎn)為路徑點(diǎn)p(x0,y0,θ0)，x0?為路徑點(diǎn)p的橫坐標(biāo)，y0為路徑點(diǎn)p的縱坐標(biāo)，θ0是路徑點(diǎn)p處的方向向量的方向角；

7、計(jì)算導(dǎo)航軌跡末端點(diǎn)t(x1,y1)到路徑點(diǎn)p(x0,y0,θ0)所在直線的距離l1；x1為導(dǎo)航軌跡末端點(diǎn)t的橫坐標(biāo)，y1為導(dǎo)航軌跡末端點(diǎn)t的縱坐標(biāo)；

8、計(jì)算導(dǎo)航軌跡末端點(diǎn)t(x1,y1)到前視點(diǎn)f(x2,y2)的歐式距離l2，計(jì)算公式如下：

9、

10、式中，x2表示前視點(diǎn)的橫坐標(biāo)，y2表示前視點(diǎn)的縱坐標(biāo)；

11、將導(dǎo)航軌跡末端點(diǎn)到路徑點(diǎn)所在直線的距離l1轉(zhuǎn)換為第一代價(jià)函數(shù)：

12、

13、式中，cost1表示第一代價(jià)函數(shù)，w表示權(quán)重系數(shù)，a表示第一衰減系數(shù)，b表示第二衰減系數(shù)；

14、將導(dǎo)航軌跡末端點(diǎn)到前視點(diǎn)的歐式距離l2轉(zhuǎn)換為第二代價(jià)函數(shù)：

15、

16、式中，cost2為第二代價(jià)函數(shù)；

17、計(jì)算總代價(jià)函數(shù)：

18、

19、式中，cost為總代價(jià)函數(shù)，由總代價(jià)函數(shù)計(jì)算得到導(dǎo)航軌跡的總代價(jià)值。

20、進(jìn)一步地，所述計(jì)算導(dǎo)航軌跡末端點(diǎn)t(x1,y1)到路徑點(diǎn)p(x0,y0,θ0)所在直線的距離l1為：

21、路徑點(diǎn)p處的方向向量表示為：

22、

23、從路徑點(diǎn)p(x0,y0,θ0)到導(dǎo)航軌跡末端點(diǎn)t(x1,y1)的向量表示為：

24、

25、式中，x1為導(dǎo)航軌跡末端點(diǎn)t的橫坐標(biāo)，y1為導(dǎo)航軌跡末端點(diǎn)t的縱坐標(biāo)；

26、距離l1的計(jì)算公式如下：

27、

28、因?yàn)椋宰罱K的距離公式為。

29、本發(fā)明還提出一種激勵(lì)機(jī)器人靠右繞障的導(dǎo)航系統(tǒng)，包括：

30、mppi控制器，用于生成多條導(dǎo)航軌跡；

31、代價(jià)函數(shù)建立模塊，用于建立激勵(lì)機(jī)器人靠右繞障的代價(jià)函數(shù)；

32、軌跡選擇模塊，用于基于所述代價(jià)函數(shù)評(píng)價(jià)每一條導(dǎo)航軌跡的總代價(jià)值，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人沿總代價(jià)值最小的導(dǎo)航軌跡繞障。

33、本發(fā)明還提出一種電子設(shè)備，包括：存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序時(shí)，實(shí)現(xiàn)如上所述的激勵(lì)機(jī)器人靠右繞障的導(dǎo)航方法。

34、本發(fā)明還提出一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序使計(jì)算機(jī)執(zhí)行如上所述的激勵(lì)機(jī)器人靠右繞障的導(dǎo)航方法。

35、本發(fā)明的有益效果是：當(dāng)參考路徑從障礙物中間穿過，右側(cè)穿過，或中間偏左一點(diǎn)穿過時(shí)，從右側(cè)繞障。當(dāng)參考路徑從障礙物非常偏左的地方穿過時(shí)才從左側(cè)繞障。當(dāng)障礙物尺寸很大時(shí)，機(jī)器人不會(huì)無限制的繞障，當(dāng)達(dá)到最大繞障距離后，會(huì)停止繞障，并上報(bào)，等待新的參考路徑。本發(fā)明提高人機(jī)交互、機(jī)器人之間交互的效率和智能化程度。

技術(shù)特征：

1.一種激勵(lì)機(jī)器人靠右繞障的導(dǎo)航方法，使用mppi控制器生成多條導(dǎo)航軌跡，其特征在于，建立激勵(lì)機(jī)器人靠右繞障的代價(jià)函數(shù)，基于所述代價(jià)函數(shù)評(píng)價(jià)每一條導(dǎo)航軌跡的總代價(jià)值，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人沿總代價(jià)值最小的導(dǎo)航軌跡繞障。

2.如權(quán)利要求1所述的激勵(lì)機(jī)器人靠右繞障的導(dǎo)航方法，其特征在于，所述建立激勵(lì)機(jī)器人靠右繞障的代價(jià)函數(shù)具體為：

3.如權(quán)利要求2所述的激勵(lì)機(jī)器人靠右繞障的導(dǎo)航方法，其特征在于，所述計(jì)算導(dǎo)航軌跡末端點(diǎn)t(x1,y1)到路徑點(diǎn)p(x0,y0,θ0)所在直線的距離l1的計(jì)算方法如下：

4.一種激勵(lì)機(jī)器人靠右繞障的導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，包括：

5.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括：存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序時(shí)，實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的激勵(lì)機(jī)器人靠右繞障的導(dǎo)航方法。

6.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序使計(jì)算機(jī)執(zhí)行如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的激勵(lì)機(jī)器人靠右繞障的導(dǎo)航方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種激勵(lì)機(jī)器人靠右繞障的導(dǎo)航方法、系統(tǒng)、設(shè)備和存儲(chǔ)介質(zhì)，屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，方法包括使用MPPI控制器生成多條導(dǎo)航軌跡，建立激勵(lì)機(jī)器人靠右繞障的代價(jià)函數(shù)，評(píng)價(jià)每一條導(dǎo)航軌跡的總代價(jià)值，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人沿總代價(jià)值最小的導(dǎo)航軌跡繞障。本發(fā)明使機(jī)器人遵循人類靠右繞障的行為模式，提高人機(jī)交互、機(jī)器人之間交互的效率和智能化程度。

技術(shù)研發(fā)人員：王運(yùn)志
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇中科重德智能科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/28