人群中机器人载人穿行路径拓展方法研究.pdfVIP

摘要

人机共融、社交导航已成为当前机器人领域的研究热点，同时机器人载人快速通行

也是未来智慧机场等特殊场景的真实需求。因此，研究了一种机器人载人穿行路径拓展

方法，旨在解决载人机器人在航站楼等复杂人群环境中如何安全快速穿行的问题。

首先，从传统社会力模型出发，建立了行人和机器人互融场景下的混合社会力模型。

考虑建模对象不只是行人，对传统社会力模型进行重新表述；并根据人机共融与机器人

载人的特殊性，定义人机互融环境；最后对该环境下的行人与机器人建模并说明模型主

要参数。

其次，以人机互融混合社会力模型为基础，设计了载人穿行路径延拓算法。根据机

器人与行人不同分布位置定义三种穿行路径，即畅行路径、避让路径和延拓路径；在TEB

的算法基础上提出路径延拓基本思想，模拟机器人穿行过程并分析各智能体受社会力情

况；最后给出机器人延拓穿行时的速度控制、最优延拓出口选择等重要参数的计算方式，

并阐述混拓算法具体流程。

再次，利用室内路权规则与移动成本函数对混拓算法进行了优化。借鉴交通道路中

路权的相关概念，分析人机互融环境下的交通参与者，从而定义室内路权，并结合航站

楼人群特点制定有益于人机高效通行的规则约束；然后梳理机器人延拓穿行状态转换，

并提出室内路权与社会力共同约束的移动成本计算函数，从而更加准确地计算移动代价

成本，便于机器人选择最优穿行路径；最后给出融入室内路权后的算法步骤。

最后，对提出的混拓算法进行了载人机器人穿行实验验证。仿真实验结果表明，机

器人在动态或静态密集人群场景中均能成功规划穿行路径；与IAN、HATEB、TEB等方

法进行运动参数对比，SFM、PCN等方法进行社会力参数对比，结果表明使用混拓算法

机器人穿行成功率、效率及周围行人的舒适度更高；最后将该算法部署至载人机器人实

验平台进行实物测试，结果验证了算法的实用性，也为未来将载人机器人应用于航站楼

奠定了基础。

关键词：混合社会力模型；载人机器人；密集人群；室内路权；延拓路径

Abstract

Human-robotcollaborationandsocialnavigationhavebecomeresearchhotspotsinthe

fieldofrobotics.Atthesametime,robottransportationforpassengersisalsoarealdemand

forspecialscenariossuchassmartairportsinthefuture.Therefore,amethodforextending

thepassingpathofarobotcarryingpassengersisstudied,aimingtosolvetheproblemofhow

tosafelyandquicklynavigatethroughcomplexcrowdsinenvironmentssuchasairport

terminals.

Firstly,startingfromthetraditionalsocialforcemodel,amixedsocialforcemodelfor

human-robotinteractionscenesisestablished.Themodelisre-expressedbyconsideringthat

themodelingobjectisnotonlypedestrians.Basedonthespecialcharacteristicsof

human-robotcollaborationandrobottransportationforpassengers,thehuman-robot

interactionenvironmentisdefined.Finally,thepedestriansandrobotsinthisenvironmentare

mo