[发明专利]一种室内机器人避障方法、装置及导航系统

说明书

技术领域

本发明属于定位技术领域，尤其涉及一种室内机器人避障方法、装置及导航系统。

背景技术

目前，室外定位技术应用非常广泛，常见的室外定位方式包括卫星定位和基站定位，这些技术成熟且可满足各种室外场合的定位需求。然而，对于人们生活的室内环境，以上定位技术并不适用，近年来，室内定位技术发展迅速，常见的几种室内定位技术：

第一种UWB超宽带脉冲信号，采用TDOA信号到达时间差和AOA信号到达角度定位算法，对多个传感器采集的标签位置进行分析，其分辨能力强、精度高，可达厘米级；然而其实现成本高，难以大范围覆盖。

第二种超声波，室内定点安装超声波发生器，接收器检测声波并分析位置，所述接收器包括手机的麦克风。由于声波衰减和非视距传播影响很大，因此不适用于大型场合的精确定位。

第三种光信号，通过天花板的LED发射肉眼不可见的闪烁信号，接收器检测并分析位置，所述接收器包括手机的摄像头，其定位精度可达1米左右，可用于特定场合的机器人运动轨迹精确定位。然而，光信号只能直线传播，几乎无穿透性，且易受环境光线影响。

第四种Wi-Fi，通过移动设备和三个Wi-Fi接入点之间的无线信号强度，通过查分算法计算位置，可实现几米的定位精度。这种方式需要铺设多个Wi-Fi接入点，且精度有限。

第五种机器视觉，采用摄像头获取室内场景图像数据，计算机通过算法计算位置、路径和障碍物特征等重要信息，实现精确定位。其技术难度和实现成本都很高，一般用于科学探测和军事领域。

综上所述，现有室内定位技术存在实现成本高及定位精度低，难以解决室内机器人避障的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种室内机器人避障方法、装置及导航系统，旨在解决现有室内定位技术存在实现成本高及定位精度低，难以解决室内机器人避障的问题。

第一方面，提供一种室内机器人避障方法，适用于双轮差速驱动方式的机器人，所述机器人包括障碍物传感器、驱动轮转速传感器、惯性传感器和辅助传感器，所述惯性传感器包括加速度传感器和角速度传感器，所述方法包括：

以直线路径向目标前进过程中，以驱动轮转速传感器获取的实时双轮速度，通过差速驱动模型获取单位时间内双轮中心点的坐标变化量和方向角变化量，对单位时间内的坐标变化量和方向角变化量进行累加，获取实时位置和方向角，所述方向角为运动方向和X轴正方向的夹角；

通过障碍物传感器监测到障碍物或危险区域时，从当前的所述实时位置开始左向或右向绕开障碍物或危险区域，绕开之后，继续以直线路径前进。

进一步地，所述方法还包括：

以辅助传感器获取的双轮转速参数判断非驱动轮是否转动，如果非驱动轮有转动，则对坐标变化量和方向角变化量进行校正；

和/或

以加速度传感器获取的单位时间内角度变化量判断其是否超过预设角度变化量，如果是，则通过角速度传感器对方向角变化量进行校正。

进一步地，所述以驱动轮转速传感器获取的实时双轮速度，通过差速驱动模型获取单位时间内双轮中心点的坐标变化量和方向角变化量，对单位时间内的坐标变化量和方向角变化量进行累加，获取实时位置和方向角的步骤具体包括：

驱动轮转速传感器获取双轮中心点P1、P2的速度为V1、V2，两者的中点为P，其中，P1、P2之间距离为d，在低速运行时，忽略横向滑动的影响，中点P的速度为：

V＝(V1+V2)/2

任意时刻的运动可看作是P点绕圆心Op的转动，假设转动半径为R，角速度

为ω，可知以下关系：

V1＝ω(R+d/2)

V2＝ω(R-d/2)

ω＝(V1-V2)/d

R＝V/ω＝(d/2)*(V1+V2)/(V1-V2)；

单位时间内坐标变化量为△x、△y，方向角变化量为△θ，可表示为：

△x＝cosθ*V＝(V1+V2)*cosθ/2

△y＝sinθ*V＝(V1+V2)*sinθ/2

△θ＝ω＝(V1-V2)/d；

假设驱动轮和地面无打滑，且无横向移动，通过对单位时间的坐标变化量为△x、△y和方向角变化量为△θ分别进行累加，即可获得实时位置(x，y)和方向角θ：

第二方面，提供一种室内机器人避障装置，适用于双轮差速驱动方式的机器人，所述机器人包括障碍物传感器、驱动轮转速传感器、惯性传感器和辅助传感器，所述惯性传感器包括加速度传感器和角速度传感器，所述装置包括：