技术特征：
1.一种混杂环境下差速移动机器人局部路径规划导引方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：s1:基于机器人当前视角传感器的感知输入，经过分割检测算法识别出障碍物，生成局部的障碍栅格占据图；s2:对步骤s1输入的障碍栅格占据图，提取障碍物连通域，构成障碍连通图；s3:对步骤s2生成的障碍连通图，计算每个障碍物区域的质心和方向；s4:基于步骤s3计算的障碍物质心、方向，结合当前移动机器人的位置，对障碍物影响等级进行排序，确定最影响当前运动的障碍物；s5:对步骤s4得到的最影响当前运动的障碍物，进一步确定质心,即椭圆中心，确定方向，确定长轴，确定短轴，偏移量；s6:基于步骤s5确定的相关参数，构建平行椭圆极限环微分方程，求解微分方程得到局部路径序列点信息；s7:基于步骤s6生成的局部路径序列点信息，结合环境，确定阶段性局部目标点；s8:对步骤s7确定的阶段性局部目标点，结合当前位置点、局部路径序列点，应用基于预瞄距离自适应的纯跟踪控制算法对局部路径准确跟踪导引。2.根据权利要求1所述的一种混杂环境下差速移动机器人局部路径规划导引方法，其特征在于，步骤s1中具体包括以下过程：(1-1)利用硬件连接进行多传感器数据时间同步，或者利用微处理的外部中断来实现多传感器的时间同步；(1-2)对采集得到的融合信息进行二值化投影，得到局部障碍栅格占据图。3.根据权利要求1所述的一种混杂环境下差速移动机器人局部路径规划导引方法，其特征在于，步骤s2中具体包括以下过程：对于步骤s1产生的局部障碍栅格占据图，采用基于连接区域提取的两步快速扫描算法进行连通域提取，(2-1)第一步遍历所有行列数据，分配临时标签和记录等效项；(2-2)第二步遍历第一步产生的每个临时标签，将其替换成等效类的最小标签。4.根据权利要求1所述的一种混杂环境下差速移动机器人局部路径规划导引方法，其特征在于，步骤s3中具体包括以下过程：(3-1)基于步骤s2产生的连通图，对每个连通域采用计算几何距算法确定质心，其计算公式如下：其中，n为行数，m为列数，(x
i
,y
j
)(i＝0,1,...,n-1；j＝0,1,...,m-1)为像素坐标。(3-2)基于步骤s2产生的连通图，采用最小二阶矩轴(最小惯量轴在二维平面上的等效轴)作为联通域的方向。公式为：e＝∫∫r2f(x,y)dxdy
ꢀꢀꢀꢀ
(2)式中，r是点(x,y)到直线的垂直距离。5.根据权利要求1所述的一种混杂环境下差速移动机器人局部路径规划导引方法，其特征在于，步骤s4中具体包括以下过程：
(4-1)依据局部环境占据连通图的每个障碍连通域的质心计算当前机器人位置(x
now
,y
now
)距离每个质心的距离：其中m＝1,2,...n，n为连通图上连通域的总数量；(4-2)依据计算得到的距离集合{dis1,dis2,dis3,...,dis
n
}从小到大进行排序，确定最小距离min{dis1,dis2,dis3,...,dis
m
}和对应障碍物质心将第k个障碍连通域作为运动视野内最影响机器人的障碍物。6.根据权利要求1所述的一种混杂环境下差速移动机器人局部路径规划导引方法，其特征在于，步骤s5中具体包括以下过程：(5-1)基于步骤s4确定的最影响机器人移动的障碍物k，计算其质心到连通域边界的最大距离(其中j为连通域边界点序列),将其作为包络椭圆长半轴a＝len
a
，计算质心到连通域边界的最短距离将其乘上大于1的系数增益k
cof
后作为包络椭圆短半轴b＝k
cof
*len
b
；(5-2)结合机器人物理尺寸以及其对周围障碍最小安全碰撞距离safe
dis
的考虑，确定平行椭圆的偏移量k
p
＝safe
dis
。7.根据权利要求1所述的一种混杂环境下差速移动机器人局部路径规划导引方法，其特征在于，步骤s6中具体包括以下过程：(6-1)基于步骤s5确定的长半轴、短半轴、偏移量，建立平行椭圆极限环方程，其中，其中，z3＝(abk
p
)2；a和b分别表示包络椭圆se的长半轴和短半轴；k
p
∈r
+
(k
p
≠0)表示的是椭圆平行曲线相对于包络椭圆的偏移量，μ∈r
+
是一个正的常量，它能用来调节平行椭圆极限环向其自身轨道的收敛性，r＝1表示顺时针轨迹，r＝-1表示逆时针轨迹，(6-2)求解该微分方程，得到该椭圆的平行轨迹；(6-3)基于求得的轨迹，依据质心坐标(h,k)进行平移，依据联通域的方向ω旋转得到最终路径轨迹path。8.根据权利要求1所述的一种混杂环境下差速移动机器人局部路径规划导引方法，其特征在于，步骤s7中具体包括以下过程：基于步骤s6求出的平行椭圆极限环轨迹，结合任务导向与避障的需求，确定极限环上的阶段目标点。9.根据权利要求1所述的一种混杂环境下差速移动机器人局部路径规划导引方法，其特征在于，步骤s8中具体包括以下过程：
(8-1)基于步骤s6求得的平行椭圆极限环轨迹和基于步骤s7确定的阶段目标点，从机器人当前位置应用基于预瞄距离自适应的纯跟踪控制算法对局部路径准确跟踪导引；(8-2)在每次控制周期中，计算路径当前点结合未来4个点构成曲线的曲率，依据曲率建立自适应预瞄距离函数，并进行求解确定当前时刻的预瞄距离和预瞄路径点；(8-3)将自适应的预瞄距离和预瞄路径点输入到纯跟踪算法中，计算、输出每个控制周期的速度和角速度信息，发送给机器人底盘电机，实现平滑、准确、稳定的跟踪导引。
技术总结
本发明公开一种混杂环境下差速移动机器人局部路径规划导引方法，属于机器人路径规划领域。包括：首先基于机器人当前视角传感器(包括激光雷达、相机等)的感知输入，经过分割检测算法识别出障碍物，生成局部的障碍栅格占据图；其次，基于障碍栅格占据图，提取障碍物连通域，计算每个障碍物区域的质心和方向，确定最影响当前运动的障碍物，确定平行椭圆极限环的长轴、短轴、偏移量，构建平行椭圆极限环微分方程，求解方程得到局部路径序列点信息；最后，基于当前位置点、局部目标点、局部路径序列点，应用基于预瞄距离自适应的纯跟踪控制算法对局部路径准确跟踪导引，从而确保移动机器人在混杂环境中实时安全的导航。杂环境中实时安全的导航。杂环境中实时安全的导航。
技术研发人员：徐晓苏 周帅 姚逸卿 唐豪 蔡叶峰
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：2022.08.14
技术公布日：2022/11/2