1.一种基于惯导与激光雷达测量的机器人切线避障方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤s10,在避障机器人上安装imu-800型光纤陀螺惯性测量单元,对避障机器人的水平运动加速度进行测量,并进行两次积分,得到避障机器人的实时位置坐标与实时速度信息;
步骤s20,在避障机器人上安装rplidara3型激光雷达,测量障碍物的角度与距离信息;
步骤s30,根据所述安装的rplidara3型激光雷达对避障机器人周边范围内的障碍物进行实时测量并记录障碍物位置信息,以及进行坐标系转换得到障碍物的实时坐标;
步骤s40,根据rplidara3型激光雷达提供的障碍物边缘信息,估算障碍物的半径,并设置规避区域半径;
步骤s50,设置避障机器人的期望速度为v,根据rplidara3型激光雷达提供的障碍物质心位置极坐标信息与规避区域半径,判断是否进入规避区;
步骤s60,根据所述的需要规避的障碍物,按照切线法最短距离逃逸的原则,解算每个障碍物的理想规避速度方向;
步骤s70,根据机器人离障碍物边缘的距离,解算每个障碍物的威胁距离,然后根据威胁距离,求解每个障碍物的威胁因子,最后根据威胁因子的叠加,解算总的理想规避速度方向;
步骤s80,根据所述的总的理想规避速度方向与期望速度大小,进行理想位置解算,得到机器人进行自动避障的自动生成轨迹,从而完成整个机器人的自动轨迹规划与避障任务。
2.根据权利要求1所述的一种基于惯导与激光雷达测量的机器人切线避障方法,其特征在于,安装imu-800型光纤陀螺惯性测量单元,对避障机器人的水平运动加速度进行测量,并进行两次积分,得到避障机器人的实时位置坐标与实时速度信息包括:
vx=∫axdt;
vy=∫aydt;
xr=∫vxdt;
yr=∫vydt;
其中ax为采用imu-800型光纤陀螺惯性测量单元得到的避障机器人的x向加速度,ay为y向加速度,dt表示对时间信号进行积分,vx为积分得到的避障机器人x向速度,vy为积分得到的避障机器人y向速度,xr、yr为速度积分得到避障机器人的实时x向位置坐标与实时y向位置坐标。
3.根据权利要求1所述的一种基于惯导与激光雷达测量的机器人切线避障方法,其特征在于,安装rplidara3型激光雷达对避障机器人周边范围内的障碍物进行实时测量并记录障碍物位置信息,以及进行坐标系转换得到障碍物的实时坐标并估算障碍物的半径,设置规避区域半径包括:
xi=ricos(θi);
yi=risin(θi);
xri=xr+xi;
yri=yr+yi;
rai=risin(|θim-θix|/2);
rbi=kirai;
其中(ri,θi)为采用rplidara3型激光雷达测量得到的第i个障碍物质心位置极坐标信息,1≤i≤n,n为障碍物个数。(xi,yi)为第i个障碍物相对避障机器人位置的直角坐标,(xri,yri)为第i个障碍物的实时坐标。xr、yr为速度积分得到避障机器人的实时x向位置坐标与实时y向位置坐标。θim与θix分别为rplidara3型激光雷达提供的第i个障碍物的角度最大值与最小值。rai为第i个障碍物的半径的估计值。rbi为第i个障碍物的规避区域半径。ki为第i个障碍物的规避因子,1<ki<2,其详细设计见后文案例实施。
4.根据权利要求1所述的一种基于惯导与激光雷达测量的机器人切线避障方法,其特征在于,根据所述的需要规避的障碍物,按照切线法最短距离逃逸的原则,解算每个障碍物的理想规避速度方向包括:
δy=yt-yr;
δx=xt-xr;
δyi=yri-yr;
δxi=xri-xr;
其中pi为每个障碍物的规避标志,pi=0表示避障机器人距离障碍物较远,无需进行规避。pi=1表示避障机器人距离障碍物较近,需要进行规避。(xr,yr)为imu-800型光纤陀螺惯性测量单元提供的避障机器人的实时位置坐标,(xt,yt)为目标位置的坐标,θ0即为无需避障情况下的机器人期望速度方向。θgi为考虑需要避障情况下,具体的第i个障碍物影响下,机器人的理想规避速度方向,其沿着机器人与障碍物连线为半径,以障碍物为圆心的园的切线方向,且保证与θ0的方向夹角小于90度。θai为机器人与障碍物连线的方向。
5.根据权利要求1所述的一种基于惯导与激光雷达测量的机器人切线避障方法,其特征在于,根据机器人离障碍物边缘的距离,解算每个障碍物的威胁距离,然后根据威胁距离,求解每个障碍物的威胁因子,最后根据威胁因子的叠加,解算总的理想规避速度方向包含:
rci=ri-rai;
其中(ri,θi)为rplidara3型激光雷达测量得到的第i个障碍物的质心位置极坐标信息,rai为障碍物半径的估计值,rci为第i个障碍物的威胁距离,βi为第i个障碍物的威胁因子,θ为叠加求解得到的总的理想规避速度方向。
6.根据权利要求1所述的一种基于惯导与激光雷达测量的机器人切线避障方法,其特征在于,根据所述的总的理想规避速度方向与期望速度大小,进行理想位置解算,得到机器人进行自动避障的自动生成轨迹包括:
vix=vcos(θ);
viy=vsin(θ);
xir=∫vixdt;
yir=∫viydt;
其中v为机器人的期望速度大小,θ为所述的机器人的总的理想规避速度方向,vix为避障机器人x向的期望速度,viy为避障机器人y向的期望速度,xir为避障机器人x向期望位置,yir为避障机器人y向的期望位置,dt表示对时间信号的积分。自此,完整地实现了机器人自动避障与轨迹生成。