[发明专利]一种基于激光雷达的自适应沿墙导航方法

说明书

本发明涉及机器人智能控制领域，尤其涉及一种基于激光雷达的自适应沿墙导航方法，首先将激光雷达扫描的区域划分为7个区域，再初始化机器人与激光雷达；然后获取各区域的激光线距离墙面最短距离和其对应索引、机器人前进方向与墙面的夹角角度、距离墙面最短距离与沿墙理想距离的差值；接着根据获得的各区域的激光线距离墙面最短距离和沿墙理想距离，判断出机器人相对墙面的位置；最后机器人计算出前向线速度和角速度，执行速度指令进行移动。本发明解决了移动机器人难以自适应沿墙导航的问题，使机器人能够适应复杂环境，自适应地调节移动速度，包括线速度和角速度，使之按照固定距离沿墙移动，同时能够根据周围障碍物的变化快速地改变沿墙策略。

技术领域

本发明涉及机器人智能控制领域，尤其涉及一种基于激光雷达的自适应沿墙导航方法。

背景技术

沿墙导航是指机器人能够沿着环境中墙体的基本轮廓，并与墙体保持一定距离进行移动。当沿墙导航与其他智能行为结合时，移动机器人就可以完成一些复杂的任务。以清洁机器人为例，清洁机器人需要沿着墙边打扫灰尘污渍，此时就需要沿墙导航功能。

而目前机器人往往是利用单点测距传感器进行沿墙导航，该种方法无法感知除了单点测距传感器正对方向以外的环境信息，因而无法有效地获取复杂的环境信息。此外，目前机器人普遍的沿墙导航控制方法对于环境缺乏适应性，不能实时地、动态地、具有自适应能力地调整移动速度。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述移动机器人难以自适应沿墙导航的问题，本发明提出了一种基于激光雷达的自适应沿墙导航方法，使机器人能够主动适应复杂环境，移动时保持距离墙面距离不变，使得机器人以固定距离沿墙移动，其具体技术方案如下：

一种基于激光雷达的自适应沿墙导航方法，以20hz的频率重复执行如下步骤：

步骤1，将激光雷达扫描的区域划分为7个区域，再初始化机器人与激光雷达；

步骤2，获取各区域的激光线距离墙面最短距离和其对应索引、机器人前进方向与墙面的夹角角度、距离墙面最短距离与沿墙理想距离的差值；

步骤3，根据步骤2获得的各区域的激光线距离墙面最短距离和沿墙理想距离，判断出机器人相对墙面的位置；

步骤4，机器人计算出前向线速度和角速度，执行速度指令进行移动。

进一步的，所述步骤1具体包括：

步骤1.1，将机器人上的激光雷达扫描的区域按照360条激光线，对应360°，划分为7个区域：右后、右、右前、前、左前、左、左后，分别对应第1-52、53-104、105-155、156-205、206-256、257-308、309-360条激光线；

步骤1.2，用户根据实际使用要求调节设置机器人沿墙方向变量direction，确认机器人沿左墙导航时direction设置为1，右墙时direction设置为-1；设置比例系数P、微分系数D、角度比例系数P_angle、沿墙理想距离dist_wall、最大线速度max_speed。

进一步的，所述步骤2具体包括：

步骤2.1，分别遍历第1-52、53-104、105-155、156-205、206-256、257-308、309-360条激光线测出的距离值并记录索引，取各自范围内的最短距离，记为dist_1、dist_2、…、dist_7，取其中距离墙面最短的距离dist_min，并记录取得该最短距离时对应的索引index_min；

步骤2.2，计算机器人前进方向与墙面的夹角角度，记为angle_min，单位是弧度制，表达式为：

angle_min = (index_min – 360/2) * angle_increment

其中angle_increment为激光雷达角度分辨率，即每条激光线相较于上一条激光线增加的角度，为激光雷达产品固定的参数，单位是弧度制；