本發(fā)明涉及隧道勘測(cè)機(jī)器人智能避障，特別是涉及基于上下文轉(zhuǎn)向控制的隧道勘測(cè)機(jī)器人避障方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隧道勘測(cè)機(jī)器人是一種用于在隧道環(huán)境中執(zhí)行勘測(cè)任務(wù)的智能機(jī)器人。在隧道勘測(cè)過程中，機(jī)器人需要面對(duì)各種復(fù)雜的地形、障礙物和環(huán)境變化。為了確保機(jī)器人能夠安全有效地完成任務(wù)，智能避障方法成為亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)。

2、發(fā)明專利：基于多特征時(shí)空上下文機(jī)器人目標(biāo)識(shí)別與運(yùn)動(dòng)決策方法，專利公開號(hào)：cn106127776b，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)的識(shí)別跟蹤，并將跟蹤結(jié)果作為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)決策的依據(jù)，但是，該專利在跟蹤識(shí)別的過程中，并沒有解決如何在隧道環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)障礙物的避障問題。

3、發(fā)明專利：基于a-star算法和三次b樣條曲線融合的平滑路徑改進(jìn)方法，專利公開號(hào)：cn117740020a，雖然解決了路徑平滑處理的問題，但是沒有解決如何在隧道環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)障礙物的避障，更沒有實(shí)現(xiàn)通過全局路徑規(guī)劃和局部路徑規(guī)劃的結(jié)合使用來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的避障。

4、發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的避障方法主要基于傳感器數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)規(guī)則來實(shí)現(xiàn)，只會(huì)機(jī)械的避開靜態(tài)的障礙物，并且在避障過程中，會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)的現(xiàn)象，無法適應(yīng)復(fù)雜多變的隧道環(huán)境，極大的增加了勘測(cè)時(shí)間；而且現(xiàn)有技術(shù)的方法通常缺乏對(duì)上下文信息的充分利用，無法實(shí)現(xiàn)隧道機(jī)器人的快速避障和精準(zhǔn)避障。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了基于上下文轉(zhuǎn)向控制的隧道勘測(cè)機(jī)器人避障方法及系統(tǒng)；旨在解決傳統(tǒng)機(jī)器人避障方法受到障礙物干擾的局限性，提高機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中的避障能力和勘測(cè)效率。通過分析機(jī)器人周圍的環(huán)境和歷史軌跡等信息，該方法可以自適應(yīng)調(diào)整機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡，避免與障礙物碰撞，并快速完成勘測(cè)任務(wù)。該發(fā)明的目標(biāo)是提高機(jī)器人的智能化水平，實(shí)現(xiàn)更加高效、準(zhǔn)確和安全的隧道勘測(cè)工作。

2、一方面，提供了基于上下文轉(zhuǎn)向控制的隧道勘測(cè)機(jī)器人避障方法，包括：

3、獲取隧道環(huán)境中的地形、障礙物位置和形狀信息，對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，識(shí)別地形特征、檢測(cè)障礙物的位置和形狀，提取隧道環(huán)境的上下文信息，形成柵格化地圖；

4、根據(jù)隧道環(huán)境的上下文信息，利用a*算法為機(jī)器人確定一條全局規(guī)劃路徑；

5、基于全局路徑信息和動(dòng)態(tài)環(huán)境變化，使用上下文轉(zhuǎn)向控制算法完成動(dòng)態(tài)避障區(qū)域的局部路徑規(guī)劃，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人躲避隧道環(huán)境中的動(dòng)態(tài)障礙物；

6、持續(xù)感知和分析隧道環(huán)境的上下文信息，并根據(jù)新的信息更新路徑規(guī)劃和轉(zhuǎn)向控制策略。

7、另一方面，提供了基于上下文轉(zhuǎn)向控制的隧道勘測(cè)機(jī)器人避障系統(tǒng)，包括：

8、獲取模塊，其被配置為：獲取隧道環(huán)境中的地形、障礙物位置和形狀信息，對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，識(shí)別地形特征、檢測(cè)障礙物的位置和形狀，提取隧道環(huán)境的上下文信息，形成柵格化地圖；

9、全局路徑規(guī)劃模塊，其被配置為：根據(jù)隧道環(huán)境的上下文信息，利用a*算法為機(jī)器人確定一條全局規(guī)劃路徑；

10、局部路徑規(guī)劃模塊，其被配置為：基于全局路徑信息和動(dòng)態(tài)環(huán)境變化，使用上下文轉(zhuǎn)向控制算法完成動(dòng)態(tài)避障區(qū)域的局部路徑規(guī)劃，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人躲避隧道環(huán)境中的動(dòng)態(tài)障礙物；

11、更新模塊，其被配置為：持續(xù)感知和分析隧道環(huán)境的上下文信息，并根據(jù)新的信息更新路徑規(guī)劃和轉(zhuǎn)向控制策略。

12、再一方面，還提供了一種電子設(shè)備，包括：

13、存儲(chǔ)器，用于非暫時(shí)性存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)可讀指令；以及

14、處理器，用于運(yùn)行所述計(jì)算機(jī)可讀指令，

15、其中，所述計(jì)算機(jī)可讀指令被所述處理器運(yùn)行時(shí)，執(zhí)行上述第一方面所述的方法。

16、再一方面，還提供了一種存儲(chǔ)介質(zhì)，非暫時(shí)性存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)可讀指令，其中，當(dāng)非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀指令由計(jì)算機(jī)執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行第一方面所述方法的指令。

17、再一方面，還提供了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序當(dāng)在一個(gè)或多個(gè)處理器上運(yùn)行的時(shí)候用于實(shí)現(xiàn)上述第一方面所述的方法。

18、上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益效果：

19、本發(fā)明通過a*算法和上下文轉(zhuǎn)向控制算法高效路徑規(guī)劃，提高了隧道勘測(cè)機(jī)器人的自主避障能力，機(jī)器人可以在復(fù)雜的環(huán)境中，根據(jù)實(shí)時(shí)的傳感器數(shù)據(jù)調(diào)整機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向，避開靜態(tài)障礙物和動(dòng)態(tài)障礙物，找到最短路徑，提高勘測(cè)效率，通過a*算法實(shí)現(xiàn)全局路徑規(guī)劃，通過上下文轉(zhuǎn)向控制算法實(shí)現(xiàn)局部路徑規(guī)劃，通過a*算法和上下文轉(zhuǎn)向控制算法的結(jié)合使用，實(shí)現(xiàn)隧道機(jī)器人的快速避障和精準(zhǔn)避障。

技術(shù)特征：

1.基于上下文轉(zhuǎn)向控制的隧道勘測(cè)機(jī)器人避障方法，其特征是，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的基于上下文轉(zhuǎn)向控制的隧道勘測(cè)機(jī)器人避障方法，其特征是，獲取隧道環(huán)境中的地形、障礙物位置和形狀信息，對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，識(shí)別地形特征、檢測(cè)障礙物的位置和形狀，提取隧道環(huán)境的上下文信息，形成柵格化地圖；其中，隧道環(huán)境的上下文信息，包括：隧道中的地形、障礙物位置和形狀信息；障礙物，包括：寬度小于設(shè)定尺寸的通道、路障、垃圾、電纜、泥漿、巖石以及移動(dòng)的車輛；

3.如權(quán)利要求1所述的基于上下文轉(zhuǎn)向控制的隧道勘測(cè)機(jī)器人避障方法，其特征是，根據(jù)隧道環(huán)境的上下文信息，利用a*算法為機(jī)器人確定一條全局規(guī)劃路徑，包括：

4.如權(quán)利要求3所述的基于上下文轉(zhuǎn)向控制的隧道勘測(cè)機(jī)器人避障方法，其特征是，對(duì)新節(jié)點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估，包括：51)如果新節(jié)點(diǎn)是障礙區(qū)域，將其標(biāo)記為已探索并從考慮中排除；52)如果新節(jié)點(diǎn)是可通行區(qū)域，但尚未在open列表中，則計(jì)算新節(jié)點(diǎn)的總代價(jià)并添加到open列表中；53)如果新節(jié)點(diǎn)已在open列表中，檢查當(dāng)前路徑的代價(jià)是否最低，如果是，則將新節(jié)點(diǎn)作為機(jī)器人行走過程中的下一跳節(jié)點(diǎn)。

5.如權(quán)利要求1所述的基于上下文轉(zhuǎn)向控制的隧道勘測(cè)機(jī)器人避障方法，其特征是，基于全局路徑信息和動(dòng)態(tài)環(huán)境變化，使用上下文轉(zhuǎn)向控制算法完成動(dòng)態(tài)避障區(qū)域的局部路徑規(guī)劃，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人躲避隧道環(huán)境中的動(dòng)態(tài)障礙物，具體包括：

6.如權(quán)利要求1所述的基于上下文轉(zhuǎn)向控制的隧道勘測(cè)機(jī)器人避障方法，其特征是，持續(xù)感知和分析隧道環(huán)境的上下文信息，并根據(jù)新的信息更新路徑規(guī)劃和轉(zhuǎn)向控制策略，包括：

7.基于上下文轉(zhuǎn)向控制的隧道勘測(cè)機(jī)器人避障系統(tǒng)，其特征是，包括：

8.一種電子設(shè)備，其特征是，包括：

9.一種存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征是，非暫時(shí)性存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)可讀指令，其中，當(dāng)非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀指令由計(jì)算機(jī)執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述方法的指令。

10.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其特征是，包括計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序當(dāng)在一個(gè)或多個(gè)處理器上運(yùn)行的時(shí)候用于實(shí)現(xiàn)上述權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了基于上下文轉(zhuǎn)向控制的隧道勘測(cè)機(jī)器人避障方法及系統(tǒng)，其中方法包括:獲取隧道環(huán)境中的地形、障礙物位置和形狀信息，對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，識(shí)別地形特征、檢測(cè)障礙物的位置和形狀，提取隧道環(huán)境的上下文信息，形成柵格化地圖；根據(jù)隧道環(huán)境的上下文信息，利用A*算法為機(jī)器人確定一條全局規(guī)劃路徑；基于全局路徑信息和動(dòng)態(tài)環(huán)境變化，使用上下文轉(zhuǎn)向控制算法完成動(dòng)態(tài)避障區(qū)域的局部路徑規(guī)劃，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人躲避隧道環(huán)境中的動(dòng)態(tài)障礙物；持續(xù)感知和分析隧道環(huán)境的上下文信息，并根據(jù)新的信息更新路徑規(guī)劃和轉(zhuǎn)向控制策。

技術(shù)研發(fā)人員：周宗青,徐雪雨,李剛,李昱恒,楊鈞巖,高成路,宋錦銘,西圣安
受保護(hù)的技術(shù)使用者：齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19