一种机器人误入虚拟墙后的自主脱困方法与流程

1.本发明涉及机器人脱困技术领域，具体为一种机器人误入虚拟墙脱困方法。


背景技术：

2.目前很多室内轮式机器人的定位导航系统中都有虚拟墙的功能，该功能的意思是在已经构建好的slam地图上人工绘制一些线条或区域用来表示禁行区域，告诉机器人不要走入该区域，但是当机器人定位发生异常、定位存在较大误差或定位发生跳动时，机器人的轮廓可能会在运动过程中与虚拟墙发生碰撞；
3.此时市面上大多数机器人会取消当前动作，上报机器人在障碍物中的状态；此时机器人并没有真正发生危险，但是却不能继续工作了，这种情况的发生会带来以下问题：
4.1、机器人的任务执行完成保障和工作效率大大降低；
5.2、需要人为介入处理的概率大大提高，给使用者带来很多不便；
6.3、如果在无人情况下发生此问题，会导致机器人呆在原地直至关机，影响后续的正常使用；
7.还有些系统中带有自主脱困功能，开发一套导航脱困算法，在发生限制层碰撞时，使用导航算法在原地旋转并尝试小范围移动，尝试脱离区域，这种情况会带来以下问题：
8.1、在发生限制层碰撞时随意移动有发生进入危险区域的风险；
9.2、由于此种方法的脱困目标不明确，属于随机尝试的方式，会导致脱困成功率低，且危险，最重要的是没有执行效率；算法复杂度高。


技术实现要素：

10.本发明的目的在于提供一种机器人误入虚拟墙脱困方法，以解决上述背景技术中提出的机器人在发生与虚拟墙碰撞时不停在原地，可以主动脱困，避免人为到现场处理或在原地直至电量耗尽的情况发生的问题。
11.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种机器人误入虚拟墙脱困方法，包括以下步骤：
12.步骤1：在代价地图每个刷新周期中检查底盘轮廓内的栅格代价判断轮廓内是否存在虚拟墙代价，存在虚拟墙时执行步骤2，不存在虚拟墙时底盘继续工作；
13.步骤2：存在虚拟墙代价时，则在圆心到该虚拟墙点的连线方向上寻找一个点来代替轮廓内的虚拟墙点；
14.步骤3：将步骤2中的新虚拟墙点坐标设为虚拟墙代价，然后将轮廓内的虚拟墙代价点置为空闲，重新膨胀地图，膨胀地图后重复执行步骤1。
15.其中步骤2中的计算过程包括以下步骤：
16.步骤a：设机器人圆心坐标点为p，实际虚拟墙坐标点为v，处理后的虚拟墙坐标点到圆心的距离为r，处理过后的虚拟墙坐标点为nv；
17.步骤b：求圆心到轮廓内虚拟墙点的方向向量的单位向量u
→
：u
→
＝(pv)
ꢀ→
/|
(pv)
→
|；求处理过后的虚拟墙坐标点：nv＝p u
→
·
r。
18.优选的，所述步骤2中当虚拟墙与底盘的直径重合时，采用双层或多层部署的方式对虚拟墙进行绘制。
19.优选的，所述步骤1中当底盘位于两个虚拟墙之间时，通过人工确认的方式对机器人进行移动。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
21.1)本发明脱困手段不需要修改导航算法，通过对代价地图中障碍物标记的处理，使得机器人主动远离虚拟墙，达到自主脱困效果。
22.2)本发明相比使用导航脱困算法的机器人，在脱困时运动方向明确，效率高，风险低，提高机器人系统运行的稳定性和鲁棒性，在对代价地图处理时可以分辨出当前的情况是否可以自主脱困，如果特别复杂危险的情况下，可以检测出来并且不让机器人随意移动。
附图说明
23.图1为本发明流程示意图；
24.图2为本发明底盘运动轨迹示意图一；
25.图3为本发明地图膨胀示意图一；
26.图4为本发明双层虚拟墙示意图；
27.图5为本发明底盘危险情况示意图。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
30.实施例：
31.请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种机器人误入虚拟墙脱困方法，在代价地图每个刷新周期中检查底盘轮廓内的栅格代价是否有虚拟墙代价，如果存在，则在圆心到该虚拟墙点的连线方向上寻找一个点来代替轮廓内的虚拟墙点，如图2所示，计算过程包括以下步骤：
32.步骤a：设机器人圆心坐标点为p，实际虚拟墙坐标点为v，处理后的虚拟墙坐标点到圆心的距离为r，处理过后的虚拟墙坐标点为nv；
33.步骤b：求圆心到轮廓内虚拟墙点的方向向量的单位向量u
→
：u
→
＝(pv)
ꢀ→
/|(pv)
→
|；求处理过后的虚拟墙坐标点：nv＝p u
→
·
r。
34.并将代价置为虚拟墙代价，然后将轮廓内的虚拟墙代价点置为空闲，重新膨胀地图，如图3所示。要求代替原有虚拟墙的点在原有方向上并且距离圆心距离稍大于机器人半
径。这样一来就没有障碍物穿过机器人本体，并且由于膨胀梯度方向，机器人自然而然会向非虚拟墙方向规划。
35.一般情况下：
36.一般情况下底盘只是边缘接触到虚拟墙，如图3所示。
37.类似此种情况，利用我们的思路会在碰触到虚拟墙的方向上勾勒出新的虚拟墙，此时机器人在规划路径时会判断出向反方向走的代价小，所以会自动向反方向规划路径，离开虚拟墙，达到脱困的目的。
38.复杂情况下：
39.虚拟墙穿过了底盘的中心，即虚拟墙与底盘的直径重合，此时机器人虽然可以自主脱困，但是从规划的角度来看，机器人无法分辨出到底哪个方向是虚拟墙不想让它去的区域，如右图第二幅。
40.此时在使用方法上应该做出优化：
41.绘制虚拟墙时使用双层或多层的部署方式，这样机关突破了第一层，还有第二层来阻拦，如图4。
42.危险情况：
43.如图5，一旦虚拟墙分布呈类似情况，为了安全起见此时机器人也不应该再自主脱困，必须人工确认，因为此时机器人已经无法判断虚拟墙的哪一侧是可以行使的安全区域。但在运动过程中此类极端情况基本不会发生，但如果发生了，此种情况是危险的需要人为协助来确认，否则机器人不会自主移动。
44.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
45.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。