一种巡轨机器人动态避障控制方法及系统与流程

本发明涉及巡轨机器人，尤其涉及一种巡轨机器人动态避障控制方法及系统。

背景技术：

1、随着轨道巡检机器人在地铁隧道等场景中的应用不断增加，巡轨机器人已广泛用于设备检测、环境监测、图像采集等巡检任务，巡轨机器人通常沿固定轨道或预设轨迹运行，其横向避让空间有限，在运行过程中容易受到动态障碍物的影响。

2、现有巡轨机器人动态避障方法通常通过激光雷达、摄像机、毫米波雷达或超声测距装置获取机器人前方障碍物的位置或距离信息，并根据机器人与障碍物之间的当前距离进行避障控制，当障碍物距离低于预设安全距离时，控制机器人执行减速、停车或紧急制动等操作。

3、然而，现有技术在轨道约束场景下仍存在一定局限性，一方面，当动态障碍物出现短时观测中断，现有避障方法难以连续、准确地确定障碍物对轨道通行空间的占用状态，容易造成动态障碍物轨道占用判断不准确；另一方面，现有方法难以根据轨道中的安全停车位置和安全后退位置确定可执行的避障动作，容易出现避障动作不能及时消除冲突或停车位置不合理的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种巡轨机器人动态避障控制方法及系统，旨在解决背景技术中的至少一个问题。

2、本发明的第一方面在于提供一种巡轨机器人动态避障控制方法，所述方法包括：

3、获取轨道环境数据、机器人运行数据和障碍观测数据，将所述障碍观测数据转换至轨道坐标系，得到轨道占用单元，对所述轨道占用单元进行关联，得到连续占用轨迹；

4、根据所述连续占用轨迹对障碍物在预设预测时域内的轨道占用状态进行预测，得到各轨段对应的预测占用区间；

5、根据所述机器人运行数据生成候选动作，并计算机器人在各候选动作下到达对应轨段的可达区间，将同一轨段的所述预测占用区间与可达区间进行比较，得到各候选动作对应的时空冲突区间；

6、根据所述时空冲突区间筛选目标避障动作，并依据所述轨道环境数据进行控制位置分析，得到安全控制位置；

7、按照所述目标避障动作对巡轨机器人进行避障控制，并根据对应的安全控制位置进行位置控制；更新预测占用区间和可达区间，根据更新结果重新确定时空冲突区间，得到动态避障控制结果。

8、优选的，连续占用轨迹的获取步骤，包括：

9、对不同时刻的轨道占用单元进行运动连续性分析，将满足预设连续运动条件的轨道占用单元进行关联，得到占用轨迹；

10、当所述占用轨迹发生观测中断时，根据观测中断前的轨道占用单元对所述占用轨迹进行延续，得到延续占用轨迹，并根据观测恢复后的轨道占用单元对延续占用轨迹进行更新，得到连续占用轨迹。

11、优选的，对不同时刻的轨道占用单元进行运动连续性分析，得到占用轨迹，包括：

12、获取相邻观测时刻对应轨道占用单元的纵向位置变化量和横向位置变化量，根据相邻观测时刻的时间间隔对所述纵向位置变化量和横向位置变化量进行运动范围判断，筛选得到位置连续的轨道占用单元；

13、对所述位置连续的轨道占用单元进行运动方向和尺寸范围比较，将运动方向一致且尺寸范围差异处于预设允许范围内的轨道占用单元归入同一占用轨迹。

14、优选的，根据观测中断前的轨道占用单元对所述占用轨迹进行延续，得到延续占用轨迹，包括：

15、当观测中断时长未超过预设遮挡延续时长时，根据观测中断前多个轨道占用单元的纵向位置变化量和横向位置变化量延续所述占用轨迹，并根据观测中断时长对延续后的占用轨迹对应的纵向占用范围和横向占用范围进行扩展，得到延续占用轨迹。

16、优选的，时空冲突区间的确定步骤，包括：

17、获取同一轨段对应的预测占用区间和可达区间；

18、对所述预测占用区间与可达区间进行时间重叠分析，确定重叠时段，并将存在时间重叠的轨段及对应的重叠时段作为对应候选动作的时空冲突区间。

19、优选的，所述可达区间的计算步骤，包括：

20、根据机器人当前位置、行驶速度以及各候选动作对应的运动状态变化，计算机器人到达各轨段的预计到达时刻；

21、根据机器人运行数据对所述预计到达时刻进行时间范围修正，得到机器人到达各轨段的最早到达时刻和最晚到达时刻，并以所述最早到达时刻作为可达区间的起始时刻，以所述最晚到达时刻作为可达区间的结束时刻，得到对应轨段的可达区间。

22、优选的，依据所述轨道环境数据进行控制位置分析，得到安全控制位置，包括：

23、提取时空冲突区间对应的冲突轨段，并根据机器人当前行驶方向，从机器人当前位置至所述冲突轨段之间的标定停车节点中筛选可达停车节点；

24、对所述可达停车节点对应的轨段进行时空冲突分析，根据冲突分析结果筛选安全停车节点，得到安全控制位置。

25、优选的，从机器人当前位置至所述冲突轨段之间的标定停车节点中筛选可达停车节点，包括：

26、沿所述冲突轨段至机器人当前位置的方向检索标定停车节点，计算机器人当前位置至各标定停车节点的可用距离；

27、获取机器人对应的所需停车距离，将所述可用距离与所需停车距离进行比较，将可用距离不小于所需停车距离的标定停车节点作为可达停车节点。

28、优选的，对所述可达停车节点对应的轨段进行时空冲突分析，包括：

29、获取机器人当前位置至各可达停车节点之间的各轨段，提取所述各轨段对应的可达区间和预测占用区间；

30、将同一轨段的可达区间与预测占用区间进行时间重叠比较，将同一轨段的可达区间与预测占用区间进行时间重叠比较，当任一轨段存在时间重叠时，将对应可达停车节点的冲突分析结果确定为存在冲突；当各轨段均不存在时间重叠时，将对应可达停车节点的冲突分析结果确定为不存在冲突。

31、第二方面，提供了一种巡轨机器人动态避障控制系统，用于实现第一方面所述的方法，所述系统包括：数据获取模块，用于获取轨道环境数据、机器人运行数据和障碍观测数据，得到连续占用轨迹；

32、轨道占用预测模块，用于预测障碍物在各轨段的轨道占用状态，得到预测占用区间；

33、时空冲突确定模块，用于生成候选动作并计算对应的可达区间，得到各候选动作对应的时空冲突区间；

34、避障决策模块，用于筛选目标避障动作并分析控制位置，得到安全控制位置；

35、闭环控制模块，用于执行避障控制并更新时空冲突状态，生成动态避障控制结果。

36、第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述第一方面中的方法的步骤。

37、第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述第一方面中方法的步骤。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

38、一、本发明通过将障碍观测数据转换至轨道坐标系，对不同时刻的轨道占用单元进行关联，并在短时观测中断期间依据中断前的运动变化延续占用轨迹，同时结合观测恢复后的轨道占用单元进行更新，能够保持动态障碍物轨道占用状态的连续性，并进一步基于连续占用轨迹预测各轨段的预测占用区间，提高短时遮挡或观测中断情况下轨道占用判断的连续性和准确性。

39、二、本发明通过将障碍物的预测占用区间与机器人在不同候选动作下的可达区间进行时间重叠分析，确定时空冲突区间，并结合轨道环境数据确定安全控制位置，一方面使避障动作能够消除当前冲突，另一方面能够兼顾控制位置的可达性和到达过程的安全性，降低停车位置不合理或避障动作无法实际执行的情况。