[发明专利]机器人的避障控制系统及方法

权利要求书

1.一种机器人的避障控制系统，其特征在于，所述避障控制系统包括：

确定模块，用于实时或者定时获取机器人当前的定位数据，并根据当前定位数据及预先确定的移动区域内各个障碍物的位置数据，确定当前定位位置至目标位置路径中是否有离当前定位位置的距离小于预设距离的障碍物；

计算模块，用于若有离当前定位位置的距离小于预设距离的障碍物，则对预先确定的机器人的3D模型及该障碍物的3D模型进行预处理，针对机器人的每一个关节，利用预先确定的算法找出包围各个关节的最小凸多面体，以将机器人的非凸模型转换为凸体模型；对该障碍物的3D模型执行扇形均分，并对均分后的单个扇形进行凸分解；对获取的定位数据、预处理后的机器人3D模型数据及预处理后的该障碍物3D模型数据，利用预先确定的距离计算规则计算出机器人与该障碍物的最短距离；

控制模块，用于根据获取的定位数据、计算的最短距离及该障碍物的3D模型，计算出当前机器人应运动的方向，根据计算出的运动方向控制机器人的运动姿态，以避开障碍物。

2.如权利要求1所述的机器人的避障控制系统，其特征在于，所述计算模块还用于：

建立待扇形均分的障碍物3D模型的球形包围盒，找到球形包围盒的球心；设定一经过所述球心的初始扇形均分平面，将所述初始扇形均分平面按预设的旋转角绕所述球心进行多次旋转，以将球形包围盒均分为n个扇形部分；该球形包围盒的n个扇形部分作为障碍物3D模型的n个模型部分。

3.如权利要求2所述的机器人的避障控制系统，其特征在于，所述预先确定的距离计算规则包括：

根据机器人当前的定位数据及预先确定的筛选算法，对障碍物3D模型扇形均分后获得的各个模型部分进行筛选，筛选出待进行距离计算的模型部分；

对获取的定位数据、筛选出的模型部分，利用预先确定的距离计算算法计算出机器人与筛选出的模型部分的最短距离，该最短距离为机器人与障碍物的最短距离；

所述预先确定的筛选算法包括：

将障碍物3D模型的n个模型部分分别作为障碍物的n个节点，建立键值为相对于初始扇形均分平面的偏角的哈希表，以进行模型节点管理；

对各个模型部分进行标号，根据标号，建立标号为i的模型部分的偏角映射关系，定义所述偏角映射关系的哈希函数为：

Hash(i)＝i*(360°/n)

其中，Hash(i)代表标号为i的扇形模型部分与障碍物坐标系的X轴正轴的偏角；

建立机器人的运动学方程，根据建立的运动学方程计算出机器人各个关节的位姿，该运动学方程为：

T_i＝A₀A₁A₂…A_i-1A_i

其中，A_k(k＝1,2,...,i)为机器人关节坐标系之间的齐次变换矩阵，A₀为机器人当前位置矩阵，T_i为第i个关节相对于机器人坐标系的位姿；

通过T_i计算出机器人运动过程中各个关节在机器人坐标系下的坐标Q_i(x,y,z)，并计算出机器人坐标系变换到障碍物坐标系的变换矩阵T_r，则机器人关节在障碍物坐标系下的坐标Q_i(x_t,y_t,z_t)为：

Q_i(x_t,y_t,z_t)＝T_rQ_i(x,y,z)

通过如下公式得到关节在障碍物坐标系下的偏角α：

根据偏角α及哈希函数Hash(i)计算得到对应标号的模型部分，并基于对应标号的模型部分筛选出待进行距离计算的模型部分。