[发明专利]一种基于虚拟路网的服务机器人导航方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种服务机器人导航方法及系统。

背景技术

服务机器人实现导航任务，需要在已知环境中规划一条可行的移动轨迹。目前大多数的导航轨迹规划方法大多根据给定的起始和目标点，在一个已知的自由空间(Free Space)地图中，采用A-Star算法、AD-Star算法、人工势场、快速随机搜索树(RRT)等在线搜索方法获得符合机器人动力学规则的移动轨迹。然而这类方法仅仅基于自由空间的导航地图，很难嵌入环境的动态信息，或者一些规则性的信息，如某些区域的临时禁行、可移除障碍物等，因此受环境的不确定性影响较大，往往只能得到局部最优路径，甚至有时陷入局部规划陷阱，使机器人无法完成导航任务。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于虚拟路网的服务机器人导航方法及系统，能够考虑环境影响，实现全局导航规划。

第一方面，本发明提供了一种基于虚拟路网的服务机器人导航方法，所述方法包括：

创建机器人工作环境的自由空间地图和虚拟路网模型；

根据机器人的在线任务，在所述虚拟路网模型中规划虚拟道路序列；

根据所述虚拟道路序列，确定机器人在所述自由空间地图中移动的参考轨迹；

引导机器人按照所述参考轨迹移动。

进一步地，所述创建机器人工作环境的虚拟路网模型，具体包括：在所述自由空间地图中，根据机器人的导航任务设计虚拟路网模型；将工作环境中的规则信息和动态信息添加到设计好的虚拟路网模型中。

进一步地，所述规则信息包括交通管控规则；所述动态信息包括工作环境的动态变化。

进一步地，所述在所述虚拟路网模型中规划虚拟道路序列，具体包括：在所述虚拟路网模型中选择起点和终点；计算从起点到终点的虚拟道路序列。

进一步地，所述计算从起点到终点的虚拟道路序列，具体包括：根据虚拟道路连接情况，计算出从起点到终点最优的虚拟道路序列。

进一步地，所述根据虚拟道路连接情况，计算出从起点到终点最优的虚拟道路序列，具体包括：根据虚拟道路连接情况，以换道次数最少为选择依据，计算出最优的虚拟道路序列。

进一步地，所述根据所述虚拟道路序列，确定机器人在所述自由空间地图中移动的参考轨迹，具体包括：计算所述虚拟道路序列中每条虚拟道路的中心线；将多条所述中心线连接起来，形成参考轨迹。

进一步地，所述中心线的计算公式为：

其中，p_i为所述虚拟道路序列中几何基准线上的第i个点，v_i为垂直于向量p_ip_i+1的单位向量，为第j条虚拟道路在处的宽度，i≧0，j≧1。

第二方面，本发明还提供了基于虚拟路网的服务机器人导航系统，所述系统包括：模型建立模块，道路规划模块，轨迹计算模块，引导模块；所述模型建立模块，用于创建机器人工作环境的自由空间地图和虚拟路网模型；

所述道路规划模块，用于根据机器人的在线任务，在所述虚拟路网模型中规划虚拟道路序列；所述轨迹计算模块，用于根据所述虚拟道路序列，确定机器人在所述自由空间地图中移动的参考轨迹；所述引导模块，用于引导机器人按照所述参考轨迹移动。

进一步地，所述模型建立模块，具体用于：在所述自由空间地图中，根据机器人的导航任务设计虚拟路网模型；将工作环境中的规则信息和动态信息添加到设计好的虚拟路网模型中。

由上述技术方案可知，本发明提供一种基于虚拟路网的服务机器人导航方法及系统，通过在自由空间地图中建立虚拟路网模型，在上述虚拟路网模型中可添加规则信息和动态信息，实现对环境因素的综合考虑，从而能更准确地计算出最优的虚拟道路序列，实现服务机器人的全局导航规划。

附图说明

图1为本发明提供的基于虚拟路网的服务机器人导航方法的流程示意图。

图2为本发明提供的基于虚拟路网的服务机器人导航方法中中心线的计算示意图。

图3为本发明提供的基于虚拟路网的服务机器人导航系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一

图1示出了本发明实施例一提供的基于虚拟路网的服务机器人导航方法的流程示意图。如图1所示，一种基于虚拟路网的服务机器人导航方法，包括：