[发明专利]一种具有社交意识的移动式服务机器人路径规划系统和方法

权利要求书

1.一种具有社交意识的移动式服务机器人路径规划系统，其特征在于：包括人体检测模块和运动规划模块；

所述人体检测模块用于读取包含深度的图片信息，检测人体且区分目标对象与非目标对象，并计算获取所有人体的位置和朝向信息；

所述运动规划模块用于为移动式服务机器人规划一条具有社交意识的运动路径，运动路径规划同时符合三条社交行为准则：a)驱往目标对象时迎面靠近目标；b)避让过程中预测和考虑他人的运动意图；c)运动过程中遵循“右侧避让”规范；

所述运动规划模块包括第一运动规划子模块和第二运动规划子模块，所述第一运动规划子模块用于通过引力势场使所述移动式服务机器人驱往目标对象，所述第二运动规划子模块用于通过斥力势场使所述移动式服务机器人避开非目标对象；

所述引力势场基于引力势能函数U_t产生，U_t表示为：

其中，r＝||l||²，l＝P_R-P_T，P_R＝[x_R，y_R]^T表示机器人的中心点位置，P_T＝[x_T，y_T]^T表示目标点的位置，r表示机器人的中心点与目标点之间的距离，n、μ均为可调参数，α_o＝ε+δ表示人工障碍物，其中，ε为常数，δ起到调节人工障碍的作用，引导机器人趋近目标对象时修正姿态，确保机器人到达目标对象时，机器人的姿态同时收敛到与目标对象朝向对齐的角度，即使得机器人迎面接近目标对象；δ＝||l^TB||²，B为目标点方向向量，B＝[cosθ_L，sinθ_L]^T，其中θ_L为目标对象在全局坐标系下的朝向角，而ρ_w为操作空间半径；

引力势场产生的引力F_g在X轴和Y轴方向上的分力可通过求偏导运算获得，具体公式如下：

其中，表示F_g在X轴方向上的分力，/表示F_g在Y轴上的分力；

所述斥力势场的计算具体包括以下步骤：

步骤S81：通过上一时刻行人的位置和这一时刻行人的位置推测下一时刻行人的位置/

步骤S82：将相邻两时刻行人的位移记录为其中/对障碍物进行概率学分析，得到障碍物的期望值μ_x，i、μ_y，i，方差σ_x，i、σ_y，i、协方差σ_xy，i和相关系数ρ_xy，i；/

步骤S83：将坐标系分为若干个栅格，得到每个栅格的概率密度函数U_op(m，n)：

步骤S84：在坐标系的X轴、Y轴方向求偏导运算，得到梯度场即概率势场：

步骤S85：根据势场梯度，计算得到概率势场产生的斥力为一个列向量其中，在X轴、Y轴方向上的分力为：

/

其中，表示F_p在X轴方向上的分力，/表示F_p在Y轴上的分力；

将概率势场产生的斥力右旋一定的角度得到旋转斥力，将旋转斥力定义为一个列向量可表示为：

F_r＝R_vF_p (16)

其中，R_v为旋转矩阵，其定义如下：

其中，β为偏转系数，β取值范围为[0，π/2]；

旋转斥力F_r在X轴、Y轴方向上的分力为：

根据力的合成原理，将引力势场的引力和斥力势场的两种斥力相加，得到计算合力F的公式：

F＝F_g+F_p+F_r (20)

其中，F在X轴、Y轴方向上的分力为：

根据合力的大小和方向计算出势场法规划的移动式服务机器人速度v和下一时刻期望的航向角θ：

其中，v₀、d₀均定义为一个常数，按实际情况取值。