赵国平

（延安职业技术学院，陕西 延安716000）

本款展馆解说机器人机械部分主要由驱动轮、底盘、主控板、激光雷达、陀螺仪、摄像头及语音系统等多部分组成。在机器人解说过程中一般会有多个三维参考坐标系，比如通过激光雷达可以构建栅格地图的全局世界坐标系、以机器人底盘作为参考的坐标系和以机械人各部分构件如摄像头、传感器和激光slam等作为参考的坐标系。坐标系之间有的是固定的而有的是变化的，比如当展馆解说机器人在讲解过程中，机器人与全局世界坐标系的位置关系就会发生变化；而安装在展馆解说机器人上的激光slam、摄像头等与机器人的相对位置就不会发生变化。因此我们分析清楚了展馆解说机器人坐标与全局世界坐标系之间的关系就会分析清楚几个坐标系间的变换关系。

一、机器人的运动模型

根据展馆解说机器人的总体特征我们抽象出机器人结构如下图1所示，其中1，2表示机器人两个动力轮，3表示从动轮，机器人移动位置由主动轮确定。

图1 机械人简化模型

（一）机器人平移运动

机器人在t0时刻位姿A1（x1，y1，β1）、A2（x2，y2，β1）、，在时刻位姿B1（x3，y3，β2）、B2（x4，y4，β2），机器人左右轮子的间距d。当机器人不转弯的时候，机器人位姿角度β 是不会发生变化的即β1=β2，机器人的位姿会发生的变化如下图2所示：

图2 机械人平移运动示意图

根据投影关系可得：

（二）机器人转弯运动

假定机器人从A1（x1，y1，β1）、A2（x2，y2，β1）点运动到B1（x3，y3，β2）、B2（x4，y4，β2）点，其运动的示意图3如下所示，其绕中心点Ο走过的角度为а，A1点与数值方向所成的角度为β1，A1A'1与B1B'1分别垂直于OA1与OB1。

图3 机械人转弯运动示意图

根据几何关系可知：

利用弧长公式可得：

利用投影关系可得：

二、机器人路径规划一般步骤

路径规划是指展馆解说机器人按照某一性能指标搜索一条从起始点A1（x1，y1，β1）、A2（x2，y2，β1）到目标点B1（x3，y3，β2）、B2（x4，y4，β2）的最优或近似最优的无碰撞安全路径。在进行路径规划的时候，需要考虑以下几方面因素：1.确定初始点与目标点坐标：机器人根据其携带的摄像头、激光雷达等传感器采集区域内环境信息获得自身的位置。机器人所采集的环境信息通常被称为地图，它是一个存储位置坐标的数组。确定地图上的起点与终点位置实际就是选择数组中的多个元素；2.环境中障碍物表示：在进行路径规划时，机器人需要知道从初始点到目标点哪些区域是可以通行的，哪些是不可以通行的，机器人需要按照一定规划路径方法避开不可通行的区域，到达目的地。在机器人获得环境地图信息数组后，障碍物在数组中用1 表示，自由空间用0表示；3.确定系统最优路径搜索算法。

三、A＊（A Star）算法

A*（A Star）是在外界环境不变的情况下，计算最短路径的算法。A*（A Star）基于现有信息采用启发式搜索利用目前已知的迭代步数计算最优路径的信息。在搜索过程中利用估价函数对节点进行评估，选择可能性大的节点，从而提高搜索过程效率，评估函数表达式为：

算法流程为：

图4 A⋆（A Star）算法流程

结束语

本文对于展馆解说机器人结构特征建立了运动模型，分析了机器人在平移运动和转弯运动时位姿变化的运动特征，并在此基础之上采用A*（A Star）算法对机器人路径进行规划，搜索过程中采用动态评估的方法提高了系统搜索效率，在展馆环境相对稳定的情况下能够实现系统最短路径，可以实现预期的运动效果。