[發明專利]移動機器人在陌生室內場景下的核輻射探測路徑自主規劃方法

有效

• 申請號: 201710476270.3
• 申請日: 2017-06-21
• 公開（公告）號: CN107328418B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 鄒樹梁;鄧騫;王湘江;唐德文;徐守龍
• 申請（專利權）人: 南華大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 43101 衡陽市科航專利事務所
• 代理人: 劉政旺

移動機器人在陌生室內場景下的核輻射探測路徑自主規劃方法，應用于移動機器人，移動機器人上搭載了里程計、加速度傳感器、激光測距雷達、攝像頭、輻射探測器及計算機；里程計、加速度傳感器、激光測距雷達、攝像頭及輻射探測器分別與計算機電連接或通信連接；核輻射探測路徑自主規劃方法如下：S01，獲取環境地圖：S02，生成全局路徑規劃：S03，通過局部路徑規劃修正全局路徑規劃。

技術領域

本發明涉及核輻射探測領域，特別涉及一種移動機器人在陌生室內場景下的核輻射探測路徑自主規劃方法。

背景技術

輻射探測技術在核應急、核安全、核設施退役處置等領域中占有重要的地位。針對需要快速響應的核應急場景及頻繁更換輻射作業環境的核設施退役處置場所，采用搭載輻射探測器的移動機器人進行輻射探測是一個可行的方案，其最大的優勢在于可近距離、長時間的對放射源進行探測，避免了人工探測輻射帶來的健康損害。

采用移動機器人進行輻射探測，環境地圖是先驗信息。在缺乏環境地圖信息的室內環境中采用移動機器人進行輻射探測，構建環境地圖的需求是必要的。首先，需要地圖來支持路徑規劃或提供可視化操作等任務。其次，地圖可以限制機器人狀態估計的誤差，如果沒有地圖，航位推算算法就會隨時間變化快速漂移。再次，如果給定一個地圖，機器人可以再次訪問之前走過的區域重置位置誤差，即回環閉合。

但目前在移動機器人核輻射探測領域中缺乏一種可靠的室內場景定位(包含機器人狀態估計和環境地圖構建)的方法。

發明內容

本發明的目的是克服上述不足之處，而提供一種移動機器人在陌生室內場景下的核輻射探測路徑自主規劃方法，該方法基于搭載核輻射探測器的移動機器人，提供了一種在缺乏環境先驗信息且需要進行核輻射探測的室內場景下的移動機器人自主規劃核輻射探測路徑的方法，可實現探測區域全覆蓋及自主避障。

本發明的技術方案是：移動機器人在陌生室內場景下的核輻射探測路徑自主規劃方法，應用于移動機器人，移動機器人上搭載了里程計、加速度傳感器、激光測距雷達、攝像頭、輻射探測器及計算機；里程計、加速度傳感器、激光測距雷達、攝像頭及輻射探測器分別與計算機電連接或通信連接；

核輻射探測路徑自主規劃方法如下：

S01，獲取環境地圖：

移動機器人進入室內待測區域后，繞室內的邊界行駛，通過里程計、加速度傳感器、激光測距雷達及攝像頭綜合獲取環境信息，由計算機通過擴展卡爾曼濾波算法進行多傳感器數據融合，從而獲得環境地圖，通過多傳感數據融合的結果計算出移動機器人當前的位置坐標、姿態角及行進速度；

本步驟中，環境地圖為二維平面坐標系地圖，其包含了待測區域的邊界和待測區域內部的障礙物邊界；

S02，生成全局路徑規劃：

移動機器人可在待測區域的任意位置作為探測路徑的起始點，計算機通過環境地圖生成全局代價地圖，再通過全局代價地圖生成全局路徑規劃路線；全局路徑規劃路線從待測區域的一側邊界抵達另一側邊界，在遇到障礙物時貼障礙物邊界移動，抵達地圖邊界時，轉向90°，前進H距離，H為輻射探測器的最遠探測距離，再轉向90°，抵達另一側地圖邊界；如此往復，規劃出蛇形盤管狀的路線，將待測區域全部覆蓋，實現移動機器人在室內場景下的核輻射探測路徑自主規劃；移動機器人在移動過程中根據地圖數據配合激光雷達掃描特征，獲取最佳定位；

本步驟中，全局代價地圖根據環境地圖生成，將環境地圖中的障礙物或移動機器人無法到達區域的輪廓進行自動標識，自動設置機器人與該輪廓的安全距離，防止碰撞。

本發明進一步的技術方案是：其還包括在S02步驟后的S03步驟，

S03，通過局部路徑規劃修正全局路徑規劃：