基于接觸時間的機器人導(dǎo)航環(huán)境表示方法

　　自主移動機器人導(dǎo)航是機器人學(xué)的基本問題，隨著多年來學(xué)者不懈努力，已提出了大量自主機器人導(dǎo)航方法，但在未知環(huán)境中存在運動障礙物且行為不能準(zhǔn)確預(yù)測，故動態(tài)未知環(huán)境下導(dǎo)航安全問題仍是自主移動機器人研究的重點。

　　針對導(dǎo)航中的安全問題，F(xiàn)raichard等和Chan等分別提出了不可避免碰撞狀態(tài)（ Inevitable Collision States，ICS）和不可避免碰撞區(qū)域（Regions of Inevitable Collision，RIC）概念。Fraichard［31進一步研究了Neamess Diagram、Dynamic　Window和Velocity Obstacle：種經(jīng)典導(dǎo)航方法的安全性，證實三種方法都存在碰撞危險，并總結(jié)了安全導(dǎo)航的三條基本準(zhǔn)則，即機器人安全導(dǎo)航必須考慮：機器人自身動態(tài)特性，環(huán)境中障礙物運動行為，以及導(dǎo)航規(guī)劃受到時間限制。

　　接觸時間又被稱為碰撞時間（ Time to Contact，TTC），是指在機器人與障礙物相對速度保持不變的情況下，機器人與障礙物發(fā)生碰撞的最短時間，是評價碰撞危險的通用量度。計算機器人與障礙物的接觸時間需要考慮機器人自身的動態(tài)特性和環(huán)堍中障礙物的運動特性，并且接觸時間自身是機器人導(dǎo)航的安全時間限制，故將接觸時間應(yīng)用于導(dǎo)航方法中，可以同時滿足Fraichard提出的安全三條基本準(zhǔn)則。

　　基于此種思想，本文提出一種利用接觸時間表示導(dǎo)航環(huán)境的方法，即接觸時間空間表示法。將導(dǎo)航過程的構(gòu)型空間（Configuration Space）映射為接觸時間空間，接觸時間空間可以直觀觀察導(dǎo)航的時間約束。以經(jīng)典行為動力學(xué)導(dǎo)航方法作為仿真導(dǎo)航方法，為保證能夠應(yīng)用接觸時間空間，對行為動力學(xué)導(dǎo)航方法進行改進。對比仿真證實引入接觸時間空間可以提高行為動力學(xué)導(dǎo)航方法的安全性。