一种受限环境避障的控制器及系统

本发明涉及移动避障，更具体地说，涉及一种受限环境避障的控制器及系统。

背景技术：

1、随着无人机、自主移动机器人及物联网智能终端等嵌入式移动设备的广泛应用，导航避障技术已成为保障其安全运行与自主作业能力的核心环节。此类设备通常具有计算能力有限、存储资源紧张、能源供给受限等特点，对感知系统的轻量化、低功耗与高实时性提出了严格要求。

2、目前，面向此类设备的导航避障方案普遍采用机载或车载传感器（如超声波传感器、红外传感器、单目或双目视觉摄像头、毫米波雷达及低线束激光雷达等）对行进路径中的环境信息进行实时采集与反馈。传感器采集的数据经嵌入式处理单元进行障碍物检测与路径规划，从而实现避障控制。然而，现有技术在感知能力方面存在显著局限。

3、受限于设备体积、功耗及成本，上述传感器的有效感知距离通常较短。在高速移动或需要提前规划路径的应用场景中，有限的感知距离导致设备无法获取远距离范围内的环境信息，难以及时识别远场障碍物或预判潜在风险区域，从而限制了避障策略的前瞻性与路径规划的最优性；

4、现有感知系统多基于静态或准静态的环境假设，对行进路线中突发的动态事件（如掉落物、临时施工障碍等）缺乏及时有效的探测与响应能力，由于传感器感知范围与系统处理延迟的双重约束，设备往往在事件进入视距范围后才启动避障响应，导致反应时间不足，避障成功率下降。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述有限的感知距离导致设备无法获取远距离范围内的环境信息，难以及时识别远场障碍物或预判潜在风险区域及由于传感器感知范围与系统处理延迟的双重约束，设备往往在事件进入视距范围后才启动避障响应的缺陷，提供一种环境信息获取准确且反应迅速的受限环境避障的控制器及系统。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种受限环境避障的控制器，具备：

3、至少一个雷达感应模块，其用于探测被控对象与前方障碍物之间的动态距离；

4、至少一个姿态感应模块，其用于实时获取所述障碍物在三维空间中的姿态参数；

5、至少一个视觉感应模块，其用于检测所述障碍物在三维空间中的形态参数；

6、一主控模块，其输入端分别与所述雷达感应模块、所述姿态感应模块及所述视觉感应模块的输出端连接，其根据所述动态距离、所述姿态参数及所述形态参数输出调整信号；

7、一执行模块，其输入端与所述主控模块的输出端连接，其根据所述调整信号修正所述被控对象的运动路径以躲避障碍物。

8、在一些实施方式中，所述主控模块以100ms至200ms为规划周期获取被控对象的当前速度，采用动态窗口法在当前速度空间内采样多条可行轨迹，并基于各可行轨迹与障碍物的距离、被控对象运动约束及预测的动态障碍运动趋势进行代价评估，选取最优轨迹生成重规划路径。

9、在一些实施方式中，所述主控模块至少包括

10、一数据处理单元，用于将所述动态距离、所述姿态参数及所述形态参数进行时空对齐与特征融合，生成障碍物融合特征数据；

11、一决策单元，其输入端与所述数据处理单元连接，其根据所述障碍物融合特征数据生成所述调整信号。

12、在一些实施方式中，所述主控模块还包括一存储单元，

13、所述存储单元中预存有不同障碍物类型对应的避障策略映射表；

14、所述决策单元根据所述障碍物融合特征数据识别障碍物类型，并从所述避障策略映射表中匹配对应的避障策略，生成所述调整信号。

15、在一些实施方式中，所述执行模块包括运动控制单元及驱动单元，

16、所述运动控制单元用于解析所述调整信号，生成速度控制指令和转向控制指令；

17、所述驱动单元的输入端与所述运动控制单元的输出端连接，其根据所述速度控制指令和转向控制指令驱动所述被控对象的运动机构。

18、在一些实施方式中，所述视觉感应模块包括至少一个深度相机，所述深度相机设置于被控对象车身，用于采集车身近周区域的深度图像，以识别近距离障碍物。

19、在一些实施方式中，所述姿态感应模块包括惯性测量单元，用于实时获取所述障碍物的姿态角，所述主控模块根据所述姿态角判断所述被控对象与周边环境的干涉风险。

20、第二方面，一种受限环境避障的控制系统，通过至少一个雷达感应模块探测被控对象与前方障碍物之间的动态距离，通过至少一个姿态感应模块实时获取所述障碍物在三维空间中的姿态参数，并通过至少一个视觉感应模块检测所述障碍物在三维空间中的形态参数；

21、将所述动态距离、所述姿态参数及所述形态参数输入至一主控模块，对所述动态距离、所述姿态参数及所述形态参数进行融合处理，生成障碍物综合特征信息；

22、所述主控模块根据所述障碍物综合特征信息及预设的避障策略生成调整信号；

23、将所述调整信号输出至一执行模块，由所述执行模块根据所述调整信号修正所述被控对象的运动路径，以躲避所述障碍物。

24、在本发明所述的受限环境避障的控制器中，包括至少一个雷达感应模块，其用于探测被控对象与前方障碍物之间的动态距离；至少一个姿态感应模块，其用于实时获取障碍物在三维空间中的姿态参数；至少一个视觉感应模块，其用于检测障碍物在三维空间中的形态参数；主控模块根据动态距离、姿态参数及形态参数输出调整信号；执行模块根据调整信号修正被控对象的运动路径以躲避障碍物。与现有技术相比，通过雷达、姿态、视觉三种感应模块的协同工作，克服单一传感器感知能力有限的问题。雷达负责距离探测，视觉获取形态细节，姿态感应提供障碍物的空间取向信息，三者融合使控制器能够同时获得远场障碍物的距离信息与近场障碍物的精细形态，解决了“有效感知距离通常较短”的技术缺陷；

25、姿态参数与形态参数的引入，使控制器能够识别障碍物的运动趋势与空间姿态，对突发动态事件（如掉落物、临时施工障碍）的探测能力显著提升，为提前避障提供了更丰富的决策依据。

1.一种受限环境避障的控制器，其特征在于，具备：

2.根据权利要求1所述的受限环境避障的控制器，其特征在于，

3.根据权利要求1或2所述的受限环境避障的控制器，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的受限环境避障的控制器，其特征在于，

5.根据权利要求3所述的受限环境避障的控制器，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的受限环境避障的控制器，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的受限环境避障的控制器，其特征在于，

8.一种受限环境避障的控制系统，其特征在于，