基于相对速度的选择性避障方法与人工势场.doc

问题解答回复：在目前对机器人避障的研究中，主要存在以下问题：1)对障碍物的避障，大部分方法采取划定避障区的方法，即当障碍物进入避障区后，根据障碍物相对于机器人的距离采取相应的避障动作，从这个意义上来说，避障行为成了距离的响应。然而，在有些情况下，机器人和障碍物由于速度的大小及方向的原因，即使机器入不做出避障动作，两者也不会发生碰撞。如图4-1所示图4-1机器人不采取避障动作也不会发生碰撞为了消除这种避障行为，增加机器人接近目标的机会，本文从运动学的角度出发，提出了基于相对速度的选择性避障方法。2)在对动态障碍物避障算法的改进中，很多方法是把障碍物和机器人的速度及加速度引入算法中。然而，在诸多改进中，障碍物和机器人的速度及加速度的引入都是在世界坐标系中进行的。但是，对于中型以上机器人对动态信息的获取都是靠机器人自身携带的传感器，这种信息都是以机器人自身为参照物的机器人坐标系内的相对数值，因此要经过从机器人坐标向世界坐标的转换，这无形中增加了系统的负担和系统的响应时间。基于相对速度的选择性避障在运动学中，两个做直线的物体A、B，相对速度大小相等，方向相反。在运动过程中，如果B对于A的相对速度指向A，同时A对于B的相对速度也必然指向B，则A、B必发生碰撞，反之，如果B对于A的相对速度不指向A，即A对于B的相对速度也不指向B，那么A、B就不会发生碰撞。因此，本文提出用相对速度的指向作为判断障碍物和机器人是否会发生碰撞的依据，即通过判断障碍物对于机器入的相对速度是否指向机器人，来决定是否启用避障行为。相对速度的求取 假设已知障碍物信息在以机器人自身为参照物的机器人坐标系中叠加以求取相对速度，示意图如图1所示。图1相对速度求取示意图从图1中提取出速度矢量三角形，如图2所示。图2速度矢量三角形如图2所示，障碍物移动的相对角度为： Changing_corner=a1+a2 （1）根据余弦定理求得障碍物走过的相对距离move_distance为： （2）障碍物相对于机器人的相对速度Obstacle_Speed为：Obstacle_Speed=move_distance/0.5 （3）相关角度的求取根据正弦定理求得中间变量角： （4）根据三角形的性质求得障碍物的相对速度与机器人速度的夹角：Speed_corner=-al-A (5)为了进一步减小碰撞的风险系数，对机器人进行膨化处理。膨胀半径为2倍机器人半径(2r)。由障碍物向膨化后的机器人做切线，与机器人速度及其延长线相交，构成上、下避障角UpSafe_cornerDownSafe_comer，如图3所示。图3 相关角度根据三角形性质求得上避障角： (4-6) (4-7)选择性避障对障碍物的选择性避障如图4所示：如果：UpSafe_cornerSpeed_cornerDownSafe_corner 则：机器人进入Obstacle_avoidance(避障行为)；（根据上面公式及红色字体可以得出）否则：机器人进入Mission_beheavior(接近目标)行为。图4选择性避障障碍物1相对速度与机器人速度交角大于上避障角且小于下避障角，因此机器人对障碍物1进行避障；障碍物2相对速度与机器人速度交角小于上避障角，因此机器人对障碍物2不需要进行避障。如果障碍物距离机器人比较远，而且障碍物对于机器人的相对速度也指向机器人，这种情况下机器人采取了避障动作，而障碍物却转向其它方向，那么机器人的避障动作是无意义的而且有可能是无益的。为了避免这种情