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华中科技大学硕士学位论文
4 一类动态障碍物的避障问题
在上一章中我们讨论了机器人躲避未知动态障碍物的避障策略。在本章中我们将
详细讨论一种特殊的动态障碍物(包括沿一定路径行进的搬运机器人或其他沿一定路
径自动运行的机器设备等)的避障问题。该类动态障碍物有其特殊之处,如:运行路
径固定、速度不定但是有确定的最大速度等。也正是由于这些特点,机器人在躲避该
类障碍物时采用的避障策略与躲避其他未知动态障碍物的策略不同。在文献[56]中,
作者对全局未知环境中的该类动态障碍物的避障问题,进行了讨论,下文将参考其的
讨论方法,对前文所述环境中的该类避障问题进行探讨。
问题描述及变量定义
下面为方便进一步的分析,我们对本章所讨论的机器人所处环境给出如下假设:
(1)静态全局环境已知;
(2)机器人运动空间中分布着有限个已知和未知障碍物,障碍物可以用多边形
描述且其高平行于 z 轴,即可以忽略障碍物的高度信息,只用(x,y)平面描述;
(3)环境中存在的已知动态障碍物是指具有固定行进路线的一类动态障碍物,
且机器人对该障碍物的运行速度、运行路线、大小尺寸等特征有先验知识;
(4)为了保证机器人的运行安全性,所有障碍物的边界都按机器人的安全距离
同时考虑到障碍物运行过程中可能的摆动等因素进行过“膨化”处理,此时机器人将
简化成一个质点,并且可以沿障碍物的“膨化”后边界行进;
(5)整个环境全局坐标已知,机器人具有自身定位能力,同时它所感知到的物
体的位置信息就是物体相对全局坐标系的位置信息。
定义关键变量
为方便进一步讨论,对讨论过程中使用的一些关键变量给出如下定义:
定义 为机器人通过多个声纳传感器信息融合所能实时探测到的,以当前机器
人所在位置为圆心的最大的圆形区域的半径。
定义 (i∈[1, M])为机器人通过预测分析得出的,在未来一段时间内第 i 个已
知动态障碍物在给定环境中运行可能占据的最大空间。M 为一个有限数。
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定义 3. Γ(Pa Pb)表示环境中从点 Pa 到点 Pb 的一条连续曲线,该曲线即是前文中已
规划好的全局路径,Pa 为全局路径的起点,相应的 Pb 为终点。∀ Pi∈Γ(Pa Pb)(i∈(0,
∞))都可作为机器人在局部路径规划中的局部子目标。
定义 (t)为 t 时刻机器人在给定环境中所处的位置。
定义 5.|Pm,Pm+1|为某时刻正交直角坐标系中点 Pm(xm,ym)到点 Pm+1(xm+1,
ym+1)的距离,并且令
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|Pm,Pm+1|= (xm − xm+1 ) + ( ym − ym+1 ) (4-1)
定义 6. ∆t 为机器人从探测到反映的最短时间。我们知道当机器人通过多个传感器
实时探测到环境信息时,它需要对获得的多个环境信息进行信息融合,然后再根据这
些信息进行分析、决策,这一过程必然需要时间。同时,我们又知道在读取移动机器
人传感器信息时候是有时间间隔的,如果机器人运动速度较大就必须将时滞时间造成
的时滞距离考虑进去。例如移动机器人的运动速度是 10cm/s 左右时,时滞距离最少
为 1cm