一種適用于非全向移動(dòng)車輛的智能導(dǎo)航方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航領(lǐng)域，尤其涉及移動(dòng)車輛的智能導(dǎo)航方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著時(shí)代的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器人被廣泛地應(yīng)用在人類生產(chǎn)和生活 中，以輔助或替代人類完成一些重復(fù)性較高、技術(shù)含量較低或是比較危險(xiǎn)的任務(wù)，比如航空 航天、工業(yè)生產(chǎn)、服務(wù)、教育、救援等。導(dǎo)航是服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域的一項(xiàng)重要應(yīng)用，如何控制車 輛到達(dá)指定的目標(biāo)點(diǎn)是一個(gè)典型的研究課題。
[0003] 無人駕駛車可視作輪式移動(dòng)機(jī)器人的一種。當(dāng)前對(duì)無人駕駛車的研究側(cè)重其在室 外環(huán)境中的應(yīng)用，并沒有考慮將其應(yīng)用在展廳、大廳等大規(guī)模室內(nèi)環(huán)境中。另一方面，將車 輛應(yīng)用于室內(nèi)環(huán)境中在技術(shù)上存在一定的難度，因?yàn)镚PS等全局定位手段無法使用，必須 應(yīng)用室內(nèi)定位和導(dǎo)航技術(shù)，這是傳統(tǒng)的無人駕駛車技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的。
[0004] 針對(duì)無人駕駛車輛在室內(nèi)環(huán)境中應(yīng)用的需求，本文根據(jù)車輛的運(yùn)動(dòng)模型，對(duì)車輛 未來的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)以避免發(fā)生碰撞：通過模擬人類行為，為車輛設(shè)計(jì)了完整的控制策略， 使得車輛具有掉頭、倒車、轉(zhuǎn)向能力，保證了車輛能夠自然、可靠的到達(dá)目標(biāo)位置?？紤]到環(huán) 境中可能出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)障礙物，當(dāng)前設(shè)計(jì)的行為策略可以快速對(duì)其做出響應(yīng)，避開動(dòng)態(tài)障礙 物，并重新規(guī)劃路徑，使得車輛可以安全的到達(dá)目的地。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種適用于非全向移動(dòng)車輛的智能導(dǎo)航方 法，包括：
[0006] 步驟1掃描室內(nèi)環(huán)境，建立柵格地圖，并建立平面坐標(biāo)系；
[0007] 步驟2在所述柵格地圖上建立車輛運(yùn)動(dòng)代價(jià)地圖；
[0008] 步驟3設(shè)定車輛的目標(biāo)位置，并在所述柵格地圖上轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)；
[0009] 步驟4獲取車輛的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息；
[0010] 步驟5根據(jù)所述目標(biāo)位置和所述實(shí)時(shí)狀態(tài)信息判斷所述車輛狀態(tài)，并根據(jù)所述車 輛狀態(tài)和所述運(yùn)動(dòng)代價(jià)地圖對(duì)所述車輛進(jìn)行導(dǎo)航。
[0011] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述步驟S2根據(jù)所述柵格地圖中柵格的通行難易程度對(duì)柵格進(jìn) 行分類并賦予運(yùn)動(dòng)代價(jià)，生成所述運(yùn)動(dòng)代價(jià)地圖。
[0012] 進(jìn)一步優(yōu)選的，距離障礙物越近的所述柵格，通行程度越難，所述運(yùn)動(dòng)代價(jià)越高； 距離障礙物越遠(yuǎn)的柵格，通行程度越易，所述運(yùn)動(dòng)代價(jià)越低；距離障礙物大于設(shè)定閾值的所 述柵格，所述運(yùn)動(dòng)代價(jià)最低，且不再變化。
[0013] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述實(shí)時(shí)狀態(tài)信息包括所述車輛的環(huán)境信息、當(dāng)前位置、當(dāng)前方 向、前輪轉(zhuǎn)向角、速度和角速度。
[0014] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述當(dāng)前位置由激光測(cè)距儀掃描周圍環(huán)境，與所述柵格地圖比對(duì) 獲取。
[0015] 進(jìn)一步優(yōu)選的，步驟5中車輛的所述運(yùn)行狀態(tài)包括轉(zhuǎn)向狀態(tài)、前向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、后向 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、前向逃逸狀態(tài)和后向逃逸狀態(tài)。
[0016] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述步驟5具體包括：
[0017] Sl判斷車輛處于逃逸狀態(tài)，則保持原來的逃逸方向，直到逃選出特定距離，重新規(guī) 劃路徑；否則，進(jìn)入步驟S2;
[0018] S2以所述車輛當(dāng)前位置為原點(diǎn)，計(jì)算出所述目標(biāo)位置相對(duì)于車輛當(dāng)前位置的目標(biāo) 方向，判斷所述車輛的所述當(dāng)前朝向與所述目標(biāo)方向的夾角是否大于預(yù)設(shè)值，若是，則判斷 所述車輛需要進(jìn)行轉(zhuǎn)向，進(jìn)入步驟S21 ;若否，則進(jìn)入步驟S3，
[0019] S21根據(jù)車輛的所述環(huán)境信息、所述當(dāng)前位置、所述速度和所述前輪轉(zhuǎn)向角判斷車 輛是否可以轉(zhuǎn)向，若是，則進(jìn)入轉(zhuǎn)向狀態(tài)，否則，進(jìn)入步驟S3 ;
[0020] S3判斷是否考慮后向運(yùn)動(dòng)，若否，進(jìn)入步驟S31，若是，進(jìn)入步驟S4 ;
[0021] S31根據(jù)運(yùn)動(dòng)代價(jià)地圖判斷車輛的前向運(yùn)動(dòng)代價(jià)是否為非負(fù)，若是，則進(jìn)入前向運(yùn) 動(dòng)狀態(tài)，若否，則進(jìn)入步驟S5 ;
[0022] S4根據(jù)運(yùn)動(dòng)代價(jià)地圖判斷車輛的前向運(yùn)動(dòng)代價(jià)或后向運(yùn)動(dòng)代價(jià)是否為非負(fù)，若 是，進(jìn)入步驟S41，否則進(jìn)入步驟S5 ;
[0023] S41比較所述前向運(yùn)動(dòng)代價(jià)與所述后向運(yùn)動(dòng)代價(jià)，若所述前向運(yùn)動(dòng)代價(jià)小，則進(jìn)入 前向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，否則進(jìn)入后向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；
[0024] S5根據(jù)運(yùn)動(dòng)代價(jià)地圖判斷后向逃逸運(yùn)動(dòng)代價(jià)是否為非負(fù)，若是則進(jìn)入后向逃逸狀 態(tài)，否則進(jìn)入前向逃逸狀態(tài)。
[0025] 本發(fā)明還提供一種使用上述方法的適用于非全向移動(dòng)車輛的智能導(dǎo)航系統(tǒng)，包 括：
[0026] 環(huán)境獲取模塊，用于獲取車輛的環(huán)境信息；
[0027] 地圖模塊，用于根據(jù)環(huán)境信息創(chuàng)建柵格地圖和運(yùn)動(dòng)代價(jià)地圖；
[0028] 設(shè)定模塊，用于設(shè)定車輛的目標(biāo)位置，并在所述柵格地圖上轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)；
[0029] 狀態(tài)獲取模塊，用于獲取車輛的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息；
[0030] 判斷模塊，根據(jù)所述目標(biāo)位置和所述實(shí)時(shí)狀態(tài)信息判斷車輛狀態(tài)；
[0031] 導(dǎo)航模塊，根據(jù)車輛狀態(tài)和所述運(yùn)動(dòng)代價(jià)地圖對(duì)所述車輛進(jìn)行導(dǎo)航。
[0032] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述實(shí)時(shí)狀態(tài)信息包括所述車輛的環(huán)境信息、當(dāng)前位置、當(dāng)前方 向、前輪轉(zhuǎn)向角、速度和角速度。
[0033] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述運(yùn)行狀態(tài)包括轉(zhuǎn)向狀態(tài)、前向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、后向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、前向 逃逸狀態(tài)和后向逃逸狀態(tài)。
[0034] 本發(fā)明提供了一種車輛可用的智能導(dǎo)航方法，它利用事先建立的柵格地圖和運(yùn)動(dòng) 代價(jià)地圖實(shí)現(xiàn)自身的定位，用攜帶的激光測(cè)距儀實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境中動(dòng)態(tài)障礙物的實(shí)時(shí)觀測(cè)，實(shí) 現(xiàn)了符合人類認(rèn)知的主動(dòng)避障和導(dǎo)航功能。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0035] 1.在導(dǎo)航過程中能夠快速的對(duì)動(dòng)態(tài)障礙物做出響應(yīng)，在避開障礙物的同時(shí)重新規(guī) 劃路徑。
[0036] 2.車輛在導(dǎo)航過程中可以有效避免與墻壁等固定障礙物發(fā)生碰撞，并盡量避免可 能發(fā)生碰撞的行為，車輛比較安全。
【附圖說明】
[0037] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明：
[0038] 圖1為本發(fā)明一種適用于非全向移動(dòng)車輛的智能導(dǎo)航方法的步驟示意圖；
[0039] 圖2為本發(fā)明一種適用于非全向移動(dòng)車輛的智能導(dǎo)航方法運(yùn)動(dòng)代價(jià)示意圖；
[0040] 圖3為本發(fā)明一種適用于非全向移動(dòng)車輛的智能導(dǎo)航方法車輛運(yùn)動(dòng)模型示意圖；
[0041] 圖4為本發(fā)明一種適用于非全向移動(dòng)車輛的智能導(dǎo)航方法車輛參數(shù)空間。 圖5為本發(fā)明一種適用于非全向移動(dòng)車輛的智能導(dǎo)航系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0043] 圖1為本發(fā)明一種適用于非全向移動(dòng)車輛的智能導(dǎo)航方法的步驟示意圖，作為本 發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，如圖1所示，本發(fā)明提供了一種適用于非全向移動(dòng)車輛的智能導(dǎo) 航方法，包括：
[0044] 步驟1掃描室內(nèi)環(huán)境，建立柵格地圖，并建立平面坐標(biāo)系；
[0045] 步驟2在所述柵格地圖上建立車輛運(yùn)動(dòng)代價(jià)地圖；
[0046] 步驟3設(shè)定車輛的目標(biāo)位置，并在所述柵格地圖上轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)；
[0047] 步驟4獲取車輛的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息；
[0048] 步驟5根據(jù)所述目標(biāo)位置和所述實(shí)時(shí)狀態(tài)信息判斷所述車輛狀態(tài)，并根據(jù)所述車 輛狀態(tài)和所述運(yùn)動(dòng)代價(jià)地圖對(duì)所述車輛進(jìn)行導(dǎo)航。
[0049] 本發(fā)明通過對(duì)車輛運(yùn)動(dòng)時(shí)的狀態(tài)分析，實(shí)現(xiàn)非全向移動(dòng)的車輛在室內(nèi)外環(huán)境中的 自主導(dǎo)航。
[0050] 具體的，柵格地圖較為廣泛地用于路徑