基于接觸時(shí)間的機(jī)器人導(dǎo)航環(huán)境表示方法

　　自主移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航是機(jī)器人學(xué)的基本問(wèn)題，隨著多年來(lái)學(xué)者不懈努力，已提出了大量自主機(jī)器人導(dǎo)航方法，但在未知環(huán)境中存在運(yùn)動(dòng)障礙物且行為不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，故動(dòng)態(tài)未知環(huán)境下導(dǎo)航安全問(wèn)題仍是自主移動(dòng)機(jī)器人研究的重點(diǎn)。

　　針對(duì)導(dǎo)航中的安全問(wèn)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(jìn)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(shí)三種方法都存在碰撞危險(xiǎn)，并總結(jié)了安全導(dǎo)航的三條基本準(zhǔn)則，即機(jī)器人安全導(dǎo)航必須考慮：機(jī)器人自身動(dòng)態(tài)特性，環(huán)境中障礙物運(yùn)動(dòng)行為，以及導(dǎo)航規(guī)劃受到時(shí)間限制。

　　接觸時(shí)間又被稱為碰撞時(shí)間（ Time to Contact，TTC），是指在機(jī)器人與障礙物相對(duì)速度保持不變的情況下，機(jī)器人與障礙物發(fā)生碰撞的最短時(shí)間，是評(píng)價(jià)碰撞危險(xiǎn)的通用量度。計(jì)算機(jī)器人與障礙物的接觸時(shí)間需要考慮機(jī)器人自身的動(dòng)態(tài)特性和環(huán)堍中障礙物的運(yùn)動(dòng)特性，并且接觸時(shí)間自身是機(jī)器人導(dǎo)航的安全時(shí)間限制，故將接觸時(shí)間應(yīng)用于導(dǎo)航方法中，可以同時(shí)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(shí)間表示導(dǎo)航環(huán)境的方法，即接觸時(shí)間空間表示法。將導(dǎo)航過(guò)程的構(gòu)型空間（Configuration Space）映射為接觸時(shí)間空間，接觸時(shí)間空間可以直觀觀察導(dǎo)航的時(shí)間約束。以經(jīng)典行為動(dòng)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(shí)間空間，對(duì)行為動(dòng)力學(xué)導(dǎo)航方法進(jìn)行改進(jìn)。對(duì)比仿真證實(shí)引入接觸時(shí)間空間可以提高行為動(dòng)力學(xué)導(dǎo)航方法的安全性。