航站楼服务机器人适应性导航方法研究

来源 :中国民航大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:wecofe
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密集人群环境中安全、高效地导航是机器人在机场航站楼等场景中应用需解决的关键问题,其难点在于适应环境的广阔与复杂性和行人行为的不确定性,由此带来的可通行路径的多变性和适应性导航的快捷性与有效性。针对目前的航站楼服务机器人无法在载运旅客与行李的同时进行有效导航,研究、设计与实现了一种具有航站楼服务机器人适应性的导航方法,主要完成了航站楼机器人硬件系统和软件系统的整体设计,重点开展了航站楼机器人适应性通行策略的研究,并提出基于适应性通行策略的导航方法。首先,对航站楼服务机器人适应性导航系统进行了设计。针对航站楼环境广阔、场景复杂、旅客流动性大,采用双轮差速与多传感器融合设计机器人硬件系统;针对机器人运行中需与旅客进行交互,采用ROS系统搭建了可以实现运载旅客与行李、符合航站楼安全运行的机器人软件系统。其次,提出了基于可拓路径的适应性通行策略。根据航站楼环境存在大量旅客,借鉴人群中通行和避让的社会力模型,提出路径可拓观点和密集人群环境通行策略。构建可拓路径模型,分析行人与机器人的时空关系,提取带有路径通过概率和可信度的可拓路径;提出了距离凸包可拓路径集选取方法,并采用广度优先搜索法建立可拓路径集并去除冗余路径;根据最优路径评价函数和路权规则,制定多种环境下的机器人通行策略,达到较高的通行效率。再次,提出了基于适应性通行的航站楼机器人导航方法。采用多传感器获取环境信息,采用融合SLAM建立航站楼地图进行定位,并基于存在概率对行人进行去除;采用A*算法及可拓路径法进行路径规划,针对行人运动中的不确定性,采用基于等待时间的方法调整全局规划路径,基于行人距离的方法进行运动规划;通过解算相关参数,控制机器人运动,提高了航站楼服务机器人导航的安全性与稳定性。最后,在常见的几种室内环境和航站楼典型场景进行了通行与导航实验。实验结果表明,基于可拓路径的适应性通行策略,可以有效的在航站楼环境中进行高效通行;基于适应性通行的导航方法,可以满足航站楼环境的复杂导航任务需求。
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