[發明專利]一種面向復雜環境的災區救援機器人自主探測系統及方法

有效

• 申請號: 201710883307.4
• 申請日: 2017-09-26
• 公開（公告）號: CN107544504B
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發明（設計）人: 蔡磊;雷進輝;蔡晨;焦紅偉;賈馥謙;楊獻峰;侯志松
• 申請（專利權）人: 河南科技學院
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 孫詩雨;謝萍

1.一種面向復雜環境的災區救援機器人自主探測系統，其特征在于：包括機器人，在機器人上設置有控制器、振動傳感器陣列、RGB-D相機和目標物特征存儲器；振動傳感器陣列包括若干振動傳感器，用于實時檢測機器人所處位置的振動信息并將檢測信息傳輸至控制器內；控制器根據振動信息得到前進方向；RGB-D相機用于采集機器人所處位置的環境圖像并將采集圖像傳輸至控制器內；控制器將接收到的圖像信息進行處理后與目標物特征存儲器內的數據進行比較判斷是否找到目標物；控制器將接收到的信息綜合處理后機器人發送移動命令，機器人接收命令后進行避障導航移動直至找到目標物；

自主探測方法的步驟如下：S1，預處理；

S2，遍歷找尋并實時構建地圖；

S3，判斷是否進入粗引導模式；

S4，粗引導機器人移動；

S5，細引導機器人移動；

S6，確定目標物；

在步驟S2中，具體步驟為，S2.1，RGB-D相機實時采集機器人所處位置的rgb圖像和depth圖像并傳輸至控制器內，控制器運用OpenCV庫對相鄰rgb圖像進行特征匹配得到匹配點對，通過tf坐標轉換得到三維坐標匹配點對；

S2.2，控制器采用OpenCV庫中的RANSAC函數，構建運動變換模型，得到相機位姿序列和相應的相機運動序列，構建相機位姿圖，通過閉環檢測和添加閉環約束優化位姿圖；

S2.3，控制器采用基于g2o庫的圖優化方法全局優化位姿圖，提取出相機位姿得到相機運動軌跡，構建三維點云地圖，并通過Octomap庫將點云地圖轉化為三維柵格地圖；

S2.4，控制器把機器人相鄰柵格列入機器人位置信息中，通過計算機器人離物體的距離信息和角度信息，得到障礙物位置，并將障礙物位置設置為不可通過序列，從而達到導航避障的目的。

2.根據權利要求1所述的一種面向復雜環境的災區救援機器人自主探測系統，其特征在于：在步驟S1中，具體步驟為，S1.1，構建受災地區的目標物特征模型庫；

S1.2，設定第一閾值a₁、第二閾值a₂、振動閾值a₃、粗濃度移動距離m₁和細濃度移動距離m₂。

3.根據權利要求2所述的一種面向復雜環境的災區救援機器人自主探測系統，其特征在于：在步驟S3中，具體步驟為，S3.1，在遍歷找尋過程中，振動傳感器實時監測機器人所處環境的振動信息，并將采集信息傳輸至控制器內；

S3.2，控制器接收采集信息并判斷是否為有效振動信息，若不是有效振動信息則并重復步驟S2；若是有效振動信息則控制器根據振動信息得到振源位置；

S3.3，控制器將振源位置與第一閾值a₁比較；若振源位置大于第一閾值a₁，則重復步驟S3.1和步驟S3.2，直至振源位置小于等于第一閾值a₁；振源位置小于等于第一閾值a₁，則控制器控制機器人進入粗引導模式。

4.根據權利要求2所述的一種面向復雜環境的災區救援機器人自主探測系統，其特征在于：在步驟S4中，具體步驟為，S4.1，得到振動衰減最快的方向；

控制器根據振動傳感器得到振動的強弱信息并與振動的時延相結合，得到振動衰減最快的方向；

S4.2，計算振動衰減最快的方向與振源方向的夾角；

S4.3，將夾角與90°相比較，當夾角大于等于90°且無障礙物時，控制器控制機器人沿振動衰減最快的方向向前移動m₁米到達另一點；否則控制機器人向振動衰減最快的反方向移動m₁米到達另一點；

S4.4，振動傳感器檢測當前位置的振動信息并傳輸至控制器內，控制器進行處理得到當前振源位置信息和振動強度；

S4.5，控制器將當前振源位置與第二閾值a₂進行比較，將振動強度與振動閾值a₃進行比較，若當前振源的位置信息小于等于第二閾值a₂或振動強度大于振動閾值a₃時，控制器控制機器人進入細引導模式；反之，重復步驟S4.1-S4.4直至進入細引導模式。