[發明專利]一種仿動物空間認知的多機器人聯合目標搜尋方法

有效

• 申請號: 201210447643.1
• 申請日: 2012-11-09
• 公開（公告）號: CN102915039A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 倪建軍;王楚;邵琳;仰曉芳;吳文波
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: G05D1/12
• 分類號: G05D1/12;G05B13/04
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

技術領域

本發明屬于未知環境中機器人的定位與路徑規劃領域，是機器人技術與動物空間認知技術相結合的應用，特別涉及一種仿動物空間認知的多機器人聯合目標搜尋方法。

背景技術

目前，在未知環境中機器人的定位與路徑規劃方面，機器人沒有什么參照物，只能依靠自己并不十分準確的傳感器來獲取外部信息，如同一個盲人在一個陌生環境中摸索的情況。而這種情況下，定位是比較困難的。有地圖的定位和有定位的地圖創建都是容易解決的，但無地圖的定位和未解決定位的地圖創建如同“雞——蛋”問題，無從下手。在這樣的條件下，如何實現多機器人協作，完成目標快速搜索是目前多機器人研究領域的熱點，也是難點。

發明內容

為克服現有技術上的不足，本發明目的是在于提供了一種計算量小、定位快，仿動物空間認知的多機器人未知環境聯合目標搜尋方法，實現多機器人協作，完成目標快速搜索。

本發明實現上述發明目的的技術方案是：一種仿動物空間認知的多機器人聯合目標搜尋方法，其步驟包括如下：

（1）多機器人系統中每個機器人被看成一個智能體，每個機器人都攜帶有里程計,2個攝像頭,無線通訊設備及存儲設備，進行目標搜尋工作；

（2）以移動機器人的重心為每個機器人的坐標系原點，建立各機器人的運動學模型，機器人的狀態變量為(x，y，θ)^T，其中(x，y)為機器人在平面坐標系中的坐標，θ為機器人方向角。攝像頭采用交向擺放方式，以兩個攝像頭光心的中點為原點，建立視覺傳感器模型，狀態變量為(x，y，z，x_l，y_l，x_r，y_r)^T,其中(x，y，z)為空間某目標點，(x_l，y_l)和(x_r，y_r)分別是目標點在左右兩臺攝像機平面上的投影點坐標；

（3）完成攝像機內部參數的標定和匹配，然后在已經建立的視覺傳感器模型的基礎上讀出目標物的深度信息，對環境中的物體進行識別；

（4）各機器人利用仿動物空間認知的自組織吸引子網絡算法模型來進行機器人的定位，該算法模擬動物大腦的空間認知模型，設有位置細胞、頭方向細胞及前進速度細胞。每個機器人利用探測到的環境信息構建各自的認知地圖，并利用該地圖進行定位和路徑規劃；

（5）每個機器人單獨進行搜索任務，同時將各自的地圖信息，即自組織吸引子網絡中個位置細胞的活性值進行廣播，每個機器人利用得到的其他機器人地圖信息進行地圖融合，直至每個單個機器人中都獲得一張完整的環境地圖，并將該地圖保存在機器人的存儲設備中；

（6）機器人利用該完整的環境地圖進行目標搜尋，并規劃出到達目標的最佳路徑，協作完成未知環境下的目標搜尋任務；

（7）在執行新的目標搜尋任務時，機器人首先根據獲得的信息與存儲設備中的認知地圖信息進行匹配，如果匹配成功，則直接調用相對應的路徑進行目標搜尋導航，否則機器人重新進行地圖構建和目標搜尋過程。

與現有技術相比，本發明具有如下優點：

（1）本發明在無任何人工路標的情況下，能采用雙目視覺自動感知未知環境信息；

（2）本發明采用自組織吸引子網絡算法模型，擴展了仿生技術的應用范圍，使其能應用于未知環境的機器人同步定位和地圖創建；

（3）本發明采用多機器人分別構建地圖，然后將得到的所有地圖進行融合，提高了建圖的準確性和效率；

（4）本發明在機器人導航及目標搜索時，當機器人進入相同的環境時，可以直接調用已有認知地圖進行導航，大大提高了系統的工作效率。

附圖說明

圖1為本發明的硬件設備組成方框圖；

圖2為本發明中仿動物空間認知的多機器人聯合目標搜尋方法流程圖；

圖3為本發明中多機器人地圖融合流程圖；

圖4為本發明中仿動物空間認知的多機器人目標搜尋示意圖。

具體實施方式

為使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體實施方式，進一步闡述本發明。