【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，深圳校區(qū)智能學(xué)部智能科學(xué)與工程學(xué)院陳浩耀教授團(tuán)隊(duì)在救援機(jī)器人導(dǎo)航領(lǐng)域取得重要突破，相關(guān)研究成果以《TiFA：面向救援任務(wù)的關(guān)節(jié)式履帶機(jī)器人地形感知導(dǎo)航框架》(TiFA: A Terrain-informed Navigation Framework for Articulated Tracked Robots in Rescue Missions)為題發(fā)表于《國際機(jī)器人研究雜志》(International Journal of Robotics Research)。
 

　　關(guān)節(jié)式履帶機(jī)器人(Articulated Tracked Robots, ATRs)非常適用于救援任務(wù)，但在包含多樓層結(jié)構(gòu)、大幅高差以及崎嶇地形的大規(guī)模三維救援場景中，其導(dǎo)航面臨顯著挑戰(zhàn)，包括：可通行區(qū)域之間通常呈現(xiàn)稀疏且復(fù)雜的拓?fù)溥B通性，傳統(tǒng)二維平面導(dǎo)航方法難以有效應(yīng)對(duì)如此高維、復(fù)雜的導(dǎo)航問題；陡坡、樓梯等特殊地形對(duì)機(jī)器人的機(jī)動(dòng)策略提出更高要求，導(dǎo)航必須充分利用地形信息來對(duì)地形的可通過性進(jìn)行細(xì)致評(píng)估，以確保安全；現(xiàn)有控制手段在ATR這類復(fù)雜系統(tǒng)上的表現(xiàn)存在明顯缺陷，也很難在滿足機(jī)器人約束的情況下實(shí)現(xiàn)安全機(jī)動(dòng)。
 

　　為應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種充分利用地形信息的ATR導(dǎo)航框架，框架中的層級(jí)化全局規(guī)劃器能夠快速生成可行的機(jī)器人形心路徑，在保證可達(dá)性的前提下顯著提升救援環(huán)境中的規(guī)劃效率。團(tuán)隊(duì)同時(shí)提出了基于流形優(yōu)化的局部路徑規(guī)劃器，使得優(yōu)化出的路徑可以針對(duì)場景中特殊的可通行區(qū)域進(jìn)行安全且適應(yīng)的調(diào)整?；诹餍文Ｐ皖A(yù)測控制器的全身協(xié)調(diào)控制策略依賴形心路徑與地形感知信息，保證了機(jī)器人在崎嶇地形上的穩(wěn)定機(jī)動(dòng)能力。通過模塊間的緊密協(xié)作，該框架實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)航流程的解耦，并在完備性、最優(yōu)性、魯棒性和總體效率之間取得良好平衡。研究團(tuán)隊(duì)通過仿真和真實(shí)場景的豐富地形進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)，并與國際上先進(jìn)方法進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證了提出的方法在成功率、精度等指標(biāo)上具有顯著的優(yōu)越性。
 

　　研究團(tuán)隊(duì)在交疊樓梯、建筑物廢墟、廢棄建筑工地和建筑物集群等各類區(qū)域內(nèi)進(jìn)行了大量的實(shí)物實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提出的理論和方法各方面指標(biāo)顯著優(yōu)于國際最前沿的方法。
 

　　哈工大為論文唯一署名單位和通訊單位。深圳校區(qū)博士生王逸飛為論文第一作者，陳浩耀教授為論文通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金重點(diǎn)支持項(xiàng)目、深圳市自然科學(xué)基金杰出青年基金項(xiàng)目、深圳市自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目等支持。