一种基于流场的智能机器人避障方法 .pdfVIP

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利说明书

(10)申请公布号CN101025628A

(43)申请公布日2007.08.29

(21)申请号CN200710064753.9

(22)申请日2007.03.23

(71)申请人北京大学

地址100871北京市海淀区颐和园路5号北京大学工学院

(72)发明人邵金燕王龙谢广明

(74)专利代理机构北京纪凯知识产权代理有限公司

代理人徐宁

(51)Int.CI

G05D1/00

G05D1/12

权利要求说明书说明书幅图

(54)发明名称

一种基于流场的智能机器人避障方

法

(57)摘要

本发明涉及一种基于流场的智能机

器人避障方法，其特征在于：将移动机器

人的避障问题转化成流体力学中的位势流

动，进而转化成求解流场的问题，流场的

求解采用面元法或者有限元算法，流场解

得后，根据移动机器人的运动特性和控制

参数，设计出相应的控制率；具体包括以

下步骤：(1)首先建立以机器人中心为点

源，目标点为点汇，再加上障碍物的流

场；或者建立一个由初始点到目标点的平

行流，再加上障碍物的流场；(2)在已知起

始点、目标点和障碍物位置的条件下，根

据流体力学的面元法和有限元法，建立在

避障前提下此时流体应满足的基本方程组

和边界条件；(3)求解上述边界条件下的流

线方程，解得流函数或势函数之后，得到

流场内每一点的速度和方向；(4)选择其中

一条流线的速度和方向作为控制机器人沿

流线运动的输入量。

法律状态

法律状态公告日法律状态信息法律状态

权利要求说明书

1、一种基于流场的智能机器人避障方法，其特征在于：将移动机器人的避障问题

转化成流体力学中的位势流动，进而转化成求解流场的问题，流场的求解采用面元

法或者有限元算法，流场解得后，根据移动机器人的运动特性和控制参数，设计出

相应的控制率；具体包括以下步骤：

(1)首先建立以机器人中心为点源，目标点为点汇，再加上障碍物的流场；或者建

立一个由初始点到目标点的平行流，再加上障碍物的流场；

(2)在已知起始点、目标点和障碍物位置的条件下，根据流体力学的面元法和有限

元法，建立在避障前提下此时流体应满足的基本方程组和边界条件；

(3)求解上述边界条件下的流线方程，解得流函数或势函数之后，得到流场内每一

点的速度和方向；

(4)选择其中一条流线的速度和方向作为控制机器人沿流线运动的输入量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种智能机器人避障方法，特别是关于一种基于流场的智能机器人避障

方法。

背景技术

机器人学作为一门新兴学科，只有50多年的发展历史，但是在这期间，其研究领

域已从工业制造扩展到航空航天、军事、核工业、服务业等，成为集机械、电子、

计算机、控制、传感器、信号处理等多学科门类的交叉性学科。1962年，美国万

能自动化公司制造了第一台机器人，标志着第一代机器人的诞生。70年代以来，

随着微电子和计算机技术的飞速发展，以及机器人研究的不断深入，机器人产业蓬

勃兴起，机器人的研究也进入了一个新的发展阶段。

从功能上可以将机器人分为三代。第一代是工业机器人，主要应用于工业生产自动

化领域，大多数采用“示教-再现”的方式重复作业。第二代遥控机器人，它通过遥

控指令进行远距离作业，主要应用于宇航、海底、核工业等领域。第三代智能机器

人，是机器人和人工智能结合的产物。第三代机器人已经具有运动、感知、学习、

适应、逻辑判断以及人机交互能力。

近年来，作为机器人学中的一个重要分支，智能移动机器人的研究受到越来越多的

关注。移动机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功

能于一体的综合系统。对移动机器人的研究，提出了许多新的或挑战性的理论与工

程技术课题，引起越来越多的专家学者和工程技术