[發(fā)明專利]基于分布式智能監(jiān)測(cè)控制節(jié)點(diǎn)的機(jī)器人監(jiān)控及自主移動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310296220.9
• 申請(qǐng)日: 2013-07-15
• 公開（公告）號(hào): CN103389699A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙越;章逸豐;熊蓉;毛翊超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B19/418
• 分類號(hào): G05B19/418
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

1.一種基于分布式智能監(jiān)測(cè)控制節(jié)點(diǎn)的機(jī)器人監(jiān)控及自主移動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行方法，其特征在于它的步驟如下：

1)搭建基于分布式智能監(jiān)測(cè)控制節(jié)點(diǎn)的機(jī)器人監(jiān)控及自主移動(dòng)系統(tǒng)，系統(tǒng)包括：服務(wù)器（1）、網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備（2）、一個(gè)以上的智能節(jié)點(diǎn)主控運(yùn)算單元（3）、射頻發(fā)射模塊（4）、一個(gè)以上的相機(jī)（5）、一個(gè)以上的行走于環(huán)境中的機(jī)器人（6）；智能節(jié)點(diǎn)主控運(yùn)算單元（3）與射頻發(fā)射模塊（4）和一個(gè)以上的相機(jī)（5）相連，組成智能監(jiān)測(cè)控制節(jié)點(diǎn)；服務(wù)器（1）通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備（2）與一個(gè)以上的智能監(jiān)測(cè)控制節(jié)點(diǎn)相連；行走于環(huán)境中的機(jī)器人（6）由系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制；

2)標(biāo)定相機(jī)（5）的內(nèi)外參數(shù)和畸變參數(shù)，并配置射頻發(fā)射模塊（4）的地址；

3)根據(jù)真實(shí)的環(huán)境在服務(wù)器（1）的地圖構(gòu)建與編輯模塊中繪制地圖，并與真實(shí)地圖坐標(biāo)進(jìn)行匹配；

4)各智能監(jiān)測(cè)控制節(jié)點(diǎn)在線進(jìn)行視頻圖像采集和處理，得到行走于環(huán)境中的機(jī)器人（6）和環(huán)境中障礙物的信息，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備（2）發(fā)送至服務(wù)器；

5)服務(wù)器（1）對(duì)本周期內(nèi)所有智能監(jiān)測(cè)控制節(jié)點(diǎn)的圖像采集結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和融合，將處理結(jié)果數(shù)據(jù)輸入服務(wù)器（1）中的用戶交互模塊進(jìn)行交互顯示；

6)將濾波融合后的結(jié)果數(shù)據(jù)更新到四叉樹地圖中，進(jìn)行一個(gè)以上的行走于環(huán)境中的機(jī)器人（6）的實(shí)時(shí)路徑規(guī)劃、平滑及避障，獲得一個(gè)以上的行走于環(huán)境中的機(jī)器人（6）的控制指令；

7)根據(jù)每個(gè)智能監(jiān)測(cè)控制節(jié)點(diǎn)中射頻發(fā)射模塊的控制范圍分配所管轄的行走于環(huán)境中的機(jī)器人（6）列表，對(duì)跨節(jié)點(diǎn)的行走于環(huán)境中的機(jī)器人（6）給出地址切換指令；

8)將行走于環(huán)境中的機(jī)器人（6）控制指令和地址切換指令通過(guò)已經(jīng)建立的網(wǎng)絡(luò)連接分發(fā)給每個(gè)智能監(jiān)測(cè)控制節(jié)點(diǎn)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于分布式智能監(jiān)測(cè)控制節(jié)點(diǎn)的機(jī)器人監(jiān)控及自主移動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行方法，其特征在于所述的服務(wù)器（1）包括：網(wǎng)絡(luò)通訊模塊、數(shù)據(jù)的濾波融合模塊、射頻地址管理模塊、地圖構(gòu)建與編輯模塊、路徑規(guī)劃與導(dǎo)航模塊、用戶交互模塊；網(wǎng)絡(luò)通訊模塊利用網(wǎng)絡(luò)模型中的I/O完成端口處理多個(gè)智能監(jiān)測(cè)控制節(jié)點(diǎn)的并發(fā)異步I/O請(qǐng)求，將同一周期中多個(gè)請(qǐng)求的圖像識(shí)別結(jié)果輸入數(shù)據(jù)的濾波融合模塊，融合結(jié)果結(jié)合地圖構(gòu)建與編輯模塊中所繪制的離線地圖更新本周期的觀測(cè)信息并通過(guò)用戶交互模塊進(jìn)行交互顯示，路徑規(guī)劃與導(dǎo)航模塊使用觀測(cè)信息實(shí)時(shí)規(guī)劃控制行走于環(huán)境中的機(jī)器人（6）的導(dǎo)航任務(wù)，并生成運(yùn)動(dòng)指令，分發(fā)給射頻地址管理模塊，射頻地址管理模塊根據(jù)行走于環(huán)境中的機(jī)器人（6的位置和速度指令生成最終的控制指令并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊模塊發(fā)送給相應(yīng)的智能監(jiān)測(cè)控制節(jié)點(diǎn)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于分布式智能監(jiān)測(cè)控制節(jié)點(diǎn)的機(jī)器人監(jiān)控及自主移動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行方法，其特征在于所述的步驟2）為：利用真實(shí)世界中設(shè)置的標(biāo)定點(diǎn)坐標(biāo)與每個(gè)相機(jī)（5）所識(shí)別的圖像坐標(biāo)進(jìn)行匹配標(biāo)定，從而為每個(gè)相機(jī)（5）建立了一個(gè)世界坐標(biāo)與圖像坐標(biāo)的點(diǎn)對(duì)列表，智能節(jié)點(diǎn)主控運(yùn)算單元（3）利用此列表生成并保存相機(jī)（5）的參數(shù)，其中包括11個(gè)內(nèi)外參數(shù)和4個(gè)畸變參數(shù)，共15個(gè)參數(shù)；根據(jù)射頻發(fā)射模塊（4）的所在區(qū)域的信道情況進(jìn)行頻點(diǎn)配置，首先確定每個(gè)射頻發(fā)射模塊（4）的安裝區(qū)域并檢測(cè)此區(qū)域的各個(gè)頻點(diǎn)地址的通信情況，然后選擇通信最好的頻點(diǎn)地址配置區(qū)域內(nèi)的射頻發(fā)射模塊（4），最后將此頻點(diǎn)地址注冊(cè)給智能節(jié)點(diǎn)主控運(yùn)算單元（3）。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于分布式智能監(jiān)測(cè)控制節(jié)點(diǎn)的機(jī)器人監(jiān)控及自主移動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行方法，其特征在于所述的步驟5）為：服務(wù)器（1）對(duì)本周期所有智能監(jiān)測(cè)控制節(jié)點(diǎn)的結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和融合；濾波是利用自回歸濾波器獲得行走于環(huán)境中的機(jī)器人（6）準(zhǔn)確的位置以及圖像速度；而融合是指對(duì)以下幾種情況的處理：其一是當(dāng)有多個(gè)智能監(jiān)測(cè)控制節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到同一個(gè)行走于環(huán)境中的機(jī)器人（6）時(shí)，將兩個(gè)行走于環(huán)境中的機(jī)器人（6）的信息進(jìn)行融合；其二是當(dāng)智能監(jiān)測(cè)控制節(jié)點(diǎn)有誤識(shí)別時(shí)，結(jié)合歷史信息將此周期的行走于環(huán)境中的機(jī)器人（6）信息進(jìn)行修正。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于分布式智能監(jiān)測(cè)控制節(jié)點(diǎn)的機(jī)器人監(jiān)控及自主移動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行方法，其特征在于所述的步驟6）為：在以四叉樹進(jìn)行表示的地圖中生成行走于環(huán)境中的機(jī)器人（6）的速度控制指令，首先使用A星算法進(jìn)行行走于環(huán)境中的機(jī)器人（6）靜態(tài)路徑的規(guī)劃，并考慮地圖中行走于環(huán)境中的機(jī)器人（6）所在位置的周邊方格大小，大尺寸的方格對(duì)行走于環(huán)境中的機(jī)器人（6）產(chǎn)生吸引力，小尺寸的方格對(duì)行走于環(huán)境中的機(jī)器人（6）產(chǎn)生排斥力，再將吸引力和排斥力歸一化得到規(guī)劃中心點(diǎn)的偏移量，使得行走于環(huán)境中的機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)更加遠(yuǎn)離障礙物，確保安全；然后使用橡皮筋算法對(duì)行走于環(huán)境中的機(jī)器人（6）的運(yùn)動(dòng)路徑進(jìn)行平滑處理，減少路徑中折線的數(shù)量及角度大小；最后使用動(dòng)態(tài)窗口法實(shí)現(xiàn)行走于環(huán)境中的機(jī)器人（6）在動(dòng)態(tài)復(fù)雜環(huán)境下的速度優(yōu)化控制，即在固定的小時(shí)間內(nèi)為行走于環(huán)境中的機(jī)器人開辟一個(gè)速度窗口空間，并考慮行走于環(huán)境中的機(jī)器人（6）在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中最大速度和最大加速度的約束，將行走于環(huán)境中的機(jī)器人（6）的運(yùn)動(dòng)朝向、與障礙物的距離、速度最大化進(jìn)行歸一化處理并分配相應(yīng)的權(quán)值，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)障礙物的躲避。