本發(fā)明涉及機(jī)器人避障，具體為一種基于環(huán)境信息的機(jī)器人智能避障系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷進(jìn)步和普及，機(jī)器人已被廣泛應(yīng)用于各種復(fù)雜環(huán)境中，如家庭、工廠、醫(yī)院、商場等。在這些環(huán)境中，機(jī)器人需要能夠自主導(dǎo)航、識別和避開障礙物，以確保其安全運(yùn)行和高效作業(yè)。

2、傳統(tǒng)的機(jī)器人避障技術(shù)主要依賴于傳感器(如超聲波傳感器、紅外傳感器或激光雷達(dá)等)實(shí)現(xiàn)對障礙物信息的獲取，然后基于獲取的信息實(shí)現(xiàn)對避障路徑的規(guī)劃；通常避障路徑的規(guī)劃過程中需要考慮到機(jī)器人自身的體積，避免機(jī)器人按照規(guī)劃的避障路徑行進(jìn)時(shí)出現(xiàn)碰撞風(fēng)險(xiǎn)。

3、但是，現(xiàn)有技術(shù)在規(guī)劃避障路徑中，考慮的機(jī)器人體積往往是預(yù)置的，而實(shí)際生活中，機(jī)器人在實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能時(shí)，往往會搭載相應(yīng)的外置裝置(如機(jī)械抓手等)，外置裝置的狀態(tài)往往會使得機(jī)器人的形體及占用的空間范圍出現(xiàn)變動，進(jìn)而在規(guī)劃避障路徑時(shí)繼續(xù)基于現(xiàn)有技術(shù)中預(yù)置的機(jī)器人體積進(jìn)行規(guī)劃，往往存在較高的碰撞風(fēng)險(xiǎn)，出現(xiàn)避障失敗的情況，進(jìn)而現(xiàn)有技術(shù)存在較大的缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于環(huán)境信息的機(jī)器人智能避障系統(tǒng)及方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于環(huán)境信息的機(jī)器人智能避障方法，所述方法包括以下步驟：

3、s1、通過機(jī)器人內(nèi)置的傳感器實(shí)時(shí)獲取的采集圖像，構(gòu)建機(jī)器人周邊的障礙物特征信息集及避障環(huán)境特征信息；

4、s2、基于機(jī)器人周邊的避障環(huán)境特征信息，結(jié)合機(jī)器人的初始狀態(tài)信息、當(dāng)前通行路徑及當(dāng)前時(shí)間機(jī)器人外置裝置的狀態(tài)信息，得到機(jī)器人基于障礙物特征信息集的通行碰撞風(fēng)險(xiǎn)值；

5、s3、在通行碰撞風(fēng)險(xiǎn)值異常時(shí)，基于障礙物特征信息，生成各個(gè)避障規(guī)劃路徑方案；結(jié)合機(jī)器人周邊的避障環(huán)境特征信息，計(jì)算當(dāng)前時(shí)間機(jī)器人外置裝置的狀態(tài)切換為初始狀態(tài)時(shí)對應(yīng)的協(xié)同風(fēng)險(xiǎn)干擾值，得到各個(gè)避障路徑方案對機(jī)器人通行狀態(tài)的干擾影響值，篩選機(jī)器人的最佳避障規(guī)劃路徑方案，生成當(dāng)前時(shí)間機(jī)器人的最佳避障規(guī)劃方案；

6、s4、根據(jù)當(dāng)前時(shí)間機(jī)器人的最佳避障規(guī)劃方案，實(shí)時(shí)對數(shù)據(jù)庫中機(jī)器人當(dāng)前通行路徑進(jìn)行更新；并根據(jù)更新結(jié)果生成避障日志信息實(shí)時(shí)反饋給管理員。

7、進(jìn)一步的，所述傳感器包括激光雷達(dá)、深度相機(jī)或超聲波傳感器，

8、所述障礙物特征信息集中每個(gè)元素對應(yīng)一個(gè)障礙物特征信息，所述障礙物特征信息包括基于采集圖像提取的相應(yīng)障礙物的位置、大小及輪廓；

9、所述避障環(huán)境特征信息包括相應(yīng)采集圖像中不同圖像區(qū)域?qū)?yīng)路面的路面平整度。

10、本發(fā)明獲取障礙物特征信息及避障環(huán)境特征信息，是為了后續(xù)步驟中實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人按照當(dāng)前通行路徑行進(jìn)時(shí)出現(xiàn)碰撞風(fēng)險(xiǎn)情況的判斷；為后續(xù)規(guī)劃避障路徑提供了數(shù)據(jù)支撐。

11、進(jìn)一步的，所述機(jī)器人的初始狀態(tài)信息包括機(jī)器人初始運(yùn)行時(shí)的外部輪廓在垂直于前進(jìn)方向的平面上的正投影及第一間距；所述當(dāng)前時(shí)間機(jī)器人外置裝置的狀態(tài)信息包括當(dāng)前時(shí)間機(jī)器人的外部輪廓在垂直于前進(jìn)方向的平面上的正投影及第二間距；所述第一間距表示機(jī)器人的初始狀態(tài)信息中相應(yīng)正投影內(nèi)機(jī)器人輪軸的中點(diǎn)位置分別與相應(yīng)正投影寬度方向上兩端距離的最大值；所述第二間距表示當(dāng)前時(shí)間機(jī)器人外置裝置的狀態(tài)信息中相應(yīng)正投影內(nèi)機(jī)器人輪軸的中點(diǎn)位置分別與相應(yīng)正投影寬度方向上兩端距離的最大值；

12、所述s2中得到機(jī)器人基于障礙物特征信息集的通行碰撞風(fēng)險(xiǎn)值時(shí)，將機(jī)器人基于障礙物特征信息集的通行碰撞風(fēng)險(xiǎn)值記為e，

13、e＝max{l1+l3，l2+l3}，

14、其中，l1表示機(jī)器人的初始狀態(tài)信息中第一間距；l2表示當(dāng)前時(shí)間機(jī)器人外置裝置的狀態(tài)信息中第二間距；l3表示機(jī)器人當(dāng)前通行路徑與障礙物特征信息集中障礙物輪廓的重合寬度；當(dāng)機(jī)器人當(dāng)前通行路徑與障礙物特征信息集中障礙物輪廓的不重合時(shí)，則l3等于機(jī)器人當(dāng)前通行路徑與障礙物特征信息集中障礙物輪廓之間最短距離的相反數(shù)；max{}表示求最大值的運(yùn)算。

15、進(jìn)一步的，判斷通行碰撞風(fēng)險(xiǎn)值是否異常時(shí)，將對應(yīng)數(shù)值大于0的通行碰撞風(fēng)險(xiǎn)值判定為異常，反之，則判定相應(yīng)的通行碰撞風(fēng)險(xiǎn)值正常；

16、所述生成各個(gè)避障規(guī)劃路徑方案時(shí)，獲取障礙物特征信息中各個(gè)障礙物對應(yīng)的繞行邊界特征節(jié)點(diǎn)，在當(dāng)前通行路徑中對障礙物特征信息中各個(gè)障礙物的輪廓及其相應(yīng)的繞行邊界特征節(jié)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，分別將機(jī)器人當(dāng)前位置與各個(gè)繞行邊界節(jié)點(diǎn)之間的連線，將所得連線劃分的不與各個(gè)障礙物輪廓存在交集的區(qū)域記為安全避障規(guī)劃區(qū)域；所述安全避障規(guī)劃區(qū)域包括一個(gè)或多個(gè)避障規(guī)劃子區(qū)域；基于dijkstra算法分別獲取每個(gè)避障規(guī)劃子區(qū)域的避障規(guī)劃路徑方案；每個(gè)避障規(guī)劃子區(qū)域?qū)?yīng)一個(gè)避障規(guī)劃路徑方案；

17、本發(fā)明中安全避障規(guī)劃區(qū)域的動態(tài)獲取，實(shí)現(xiàn)了對避障規(guī)劃路徑方案個(gè)數(shù)的判定，并結(jié)合現(xiàn)有的dijkstra算法技術(shù)，分別規(guī)劃出每個(gè)避障規(guī)劃路徑方案信息，為后續(xù)分析各個(gè)避障路徑方案對機(jī)器人通行狀態(tài)的干擾影響值，并構(gòu)建當(dāng)前時(shí)間機(jī)器人的最佳避障規(guī)劃方案提供了數(shù)據(jù)參照。

18、所述s3中得到各個(gè)避障路徑方案對機(jī)器人通行狀態(tài)的干擾影響值的方法包括以下步驟：

19、s31、獲取機(jī)器人周邊的避障環(huán)境特征信息及當(dāng)前時(shí)間機(jī)器人外置裝置的狀態(tài)信息；

20、s32、計(jì)算當(dāng)前時(shí)間機(jī)器人外置裝置的狀態(tài)切換為初始狀態(tài)時(shí)對應(yīng)的協(xié)同風(fēng)險(xiǎn)干擾值，記為gx，

21、

22、其中，n1表示數(shù)據(jù)庫內(nèi)當(dāng)前時(shí)間機(jī)器人外置裝置的狀態(tài)切換為初始狀態(tài)的過程中執(zhí)行的操作指令總個(gè)數(shù)；n2表示數(shù)據(jù)庫內(nèi)機(jī)器人由初始狀態(tài)切換為避障后機(jī)器人外置裝置所需的狀態(tài)的過程中執(zhí)行的操作指令總個(gè)數(shù)；n3表示數(shù)據(jù)庫內(nèi)由當(dāng)前時(shí)間機(jī)器人外置裝置的狀態(tài)切換為避障后機(jī)器人外置裝置所需的狀態(tài)的過程中執(zhí)行的操作指令總個(gè)數(shù)；表示第一風(fēng)險(xiǎn)干擾值，若n1+n2＝0，則判定反之，則判定

23、lq表示當(dāng)前時(shí)間機(jī)器人外置裝置的狀態(tài)切換為初始狀態(tài)的過程中不同時(shí)間分別對應(yīng)的第二間距的最大值；l2表示當(dāng)前時(shí)間機(jī)器人外置裝置的狀態(tài)信息中第二間距；g表示協(xié)同干擾因子且g為數(shù)據(jù)庫中預(yù)置的常數(shù)；

24、s33、得到狀態(tài)切換執(zhí)行系數(shù)w為不同值時(shí)，第k個(gè)避障規(guī)劃路徑方案對機(jī)器人通行狀態(tài)的干擾影響值，記為ygkw，

25、

26、其中，pkm表示第k個(gè)避障規(guī)劃路徑方案中經(jīng)過的第m個(gè)圖像區(qū)域?qū)?yīng)路面的路面平整度；bkm表示第k個(gè)避障規(guī)劃路徑方案中經(jīng)過第m個(gè)圖像區(qū)域的長度占相應(yīng)避障規(guī)劃路徑總長度的比值；m1表示第k個(gè)避障規(guī)劃路徑方案中經(jīng)過的圖像區(qū)域總個(gè)數(shù)；ek表示機(jī)器人執(zhí)行第k個(gè)避障規(guī)劃路徑方案時(shí)基于障礙物特征信息集的通行碰撞風(fēng)險(xiǎn)值；lgk表示第k個(gè)避障規(guī)劃路徑方案對應(yīng)的路徑長度；w表示狀態(tài)切換執(zhí)行系數(shù)，且w的值為0或1；

27、當(dāng)w＝1時(shí)，則判定機(jī)器人執(zhí)行第k個(gè)避障規(guī)劃路徑方案時(shí)需要將當(dāng)前時(shí)間機(jī)器人外置裝置的狀態(tài)切換為初始狀態(tài)；當(dāng)w＝0時(shí)，則判定機(jī)器人執(zhí)行第k個(gè)避障規(guī)劃路徑方案時(shí)不需要將當(dāng)前時(shí)間機(jī)器人外置裝置的狀態(tài)切換為初始狀態(tài)。

28、進(jìn)一步的，所述s3中生成當(dāng)前時(shí)間機(jī)器人的最佳避障規(guī)劃方案時(shí)，選取對機(jī)器人通行狀態(tài)的干擾影響值最小的避障規(guī)劃路徑方案及其相應(yīng)的狀態(tài)切換執(zhí)行系數(shù)構(gòu)成的數(shù)組，作為當(dāng)前時(shí)間機(jī)器人的最佳避障規(guī)劃方案。

29、進(jìn)一步的，所述s4中根據(jù)更新結(jié)果生成避障日志信息實(shí)時(shí)反饋給管理員時(shí)，所述避障日志信息包括避障日志生成時(shí)間、對應(yīng)的最佳避障規(guī)劃方案、獲取相應(yīng)最佳避障規(guī)劃方案前得到的障礙物特征信息集、避障環(huán)境特征信息、當(dāng)前通行路徑及當(dāng)前時(shí)間機(jī)器人外置裝置的狀態(tài)信息。

30、一種基于環(huán)境信息的機(jī)器人智能避障系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

31、障礙特征提取模塊，所述障礙特征提取模塊通過機(jī)器人內(nèi)置的傳感器實(shí)時(shí)獲取的采集圖像，構(gòu)建機(jī)器人周邊的障礙物特征信息集及避障環(huán)境特征信息；

32、碰撞風(fēng)險(xiǎn)分析模塊，所述碰撞風(fēng)險(xiǎn)分析模塊基于機(jī)器人周邊的避障環(huán)境特征信息，結(jié)合機(jī)器人的初始狀態(tài)信息、當(dāng)前通行路徑及當(dāng)前時(shí)間機(jī)器人外置裝置的狀態(tài)信息，得到機(jī)器人基于障礙物特征信息集的通行碰撞風(fēng)險(xiǎn)值；

33、避障規(guī)劃協(xié)同分析篩選模塊，所述避障規(guī)劃協(xié)同分析篩選模塊在通行碰撞風(fēng)險(xiǎn)值異常時(shí)，基于障礙物特征信息，生成各個(gè)避障規(guī)劃路徑方案；結(jié)合機(jī)器人周邊的避障環(huán)境特征信息，計(jì)算當(dāng)前時(shí)間機(jī)器人外置裝置的狀態(tài)切換為初始狀態(tài)時(shí)對應(yīng)的協(xié)同風(fēng)險(xiǎn)干擾值，得到各個(gè)避障路徑方案對機(jī)器人通行狀態(tài)的干擾影響值，篩選機(jī)器人的最佳避障規(guī)劃路徑方案，生成當(dāng)前時(shí)間機(jī)器人的最佳避障規(guī)劃方案；

34、避障方案更新反饋模塊，所述避障方案更新反饋模塊根據(jù)當(dāng)前時(shí)間機(jī)器人的最佳避障規(guī)劃方案，實(shí)時(shí)對數(shù)據(jù)庫中機(jī)器人當(dāng)前通行路徑進(jìn)行更新；并根據(jù)更新結(jié)果生成避障日志信息實(shí)時(shí)反饋給管理員。

35、進(jìn)一步的，所述避障規(guī)劃協(xié)同分析篩選模塊包括避障規(guī)劃方案生成單元、通行干擾分析單元及最佳避障方案生成單元，

36、所述避障規(guī)劃方案生成單元在通行碰撞風(fēng)險(xiǎn)值異常時(shí)，基于障礙物特征信息，生成各個(gè)避障規(guī)劃路徑方案；

37、所述通行干擾分析單元結(jié)合機(jī)器人周邊的避障環(huán)境特征信息，計(jì)算當(dāng)前時(shí)間機(jī)器人外置裝置的狀態(tài)切換為初始狀態(tài)時(shí)對應(yīng)的協(xié)同風(fēng)險(xiǎn)干擾值，得到各個(gè)避障路徑方案對機(jī)器人通行狀態(tài)的干擾影響值；

38、所述最佳避障方案生成單元篩選機(jī)器人的最佳避障規(guī)劃路徑方案，生成當(dāng)前時(shí)間機(jī)器人的最佳避障規(guī)劃方案。

39、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是：本發(fā)明在規(guī)劃避障路徑中，不僅考慮到機(jī)器人的預(yù)置形體，還考慮到機(jī)器人搭載的相應(yīng)的外置裝置的狀態(tài)的差異對機(jī)器人的形體及占用的空間范圍的變動影響，并在規(guī)劃避障路徑時(shí)繼續(xù)基于機(jī)器人的形體差異實(shí)現(xiàn)對規(guī)劃的避障路徑的準(zhǔn)確篩選，降低機(jī)器人按照規(guī)劃的避障路徑行進(jìn)時(shí)出現(xiàn)的碰撞風(fēng)險(xiǎn)情況及避障失敗現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人智能避障系統(tǒng)的有效管控。