[發明專利]一種多機器人協作探索未知環境與地圖構建的裝置與方法

有效

• 申請號: 201910057474.2
• 申請日: 2019-01-22
• 公開（公告）號: CN109814556B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 房芳;梁璨;錢堃;馬旭東
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 許小莉

本發明公開了一種多機器人協作探索未知環境與地圖構建的裝置與方法。該裝置包括中心服務器、控制器、機器人；其特征在于，所述的中心服務器用于下發任務給控制器，并且顯示任務的運行狀態，實現系統與用戶的交互；所述控制器用于接收中心服務器下發的任務，解析后驅動機器人完成相應的任務；所述機器人用于作為行為動作的具體執行者。本發明通過多個機器人共同協作完成對整個未知環境的探索以及對探索的未知環境進行完整的建模，最終獲得一張全局的融合地圖。

技術領域：

本發明涉及一種多機器人協作探索未知環境與地圖構建的裝置與方法，屬于多機器人未知環境探索與地圖構建的技術領域。

背景技術：

移動機器人相關領域的研究開始于上世紀60年代，隨著應用領域的不斷擴大延伸，使得移動機器人相關的研究課題也不斷的加深。大多數情況下，例如太空行星探索、地震災區的搜索救援、常見的家庭服務掃地機器人。移動機器人對將要執行任務的環境一開始是一無所知的，所以移動機器人要進行定位、導航、路徑規劃的前提就是充分認識未知環境。因此移動機器人的基本課題就包含環境探索和地圖構建。 移動機器人對所處的環境的探測與建模至關重要，這關系到移動機器人后續任務的執行。與單機器人相比，多機器人系統在環境探索和地圖構建方面具有著許多的優點。多個機器人可以并行的探索未知環境，并且可以通過機器人之間的通信實現環境信息的共享，有助于多個機器人之間有效和精確的定位，多機器人系統相對單機器人系統而言，由于多個機器人之間可以相互進行協作，所以感知和探索整個未知環境所花的時間更少，效率更高。

未知邊界點的定義是在地圖中分割已知區域和未知區域的一系列點，同時未知邊界點所在的地圖區域也是機器人需要去感知并探索的未知區域，未知邊界點的檢測是機器人探索的基礎與目標，也是全局地圖完備性的保障。聚類濾波模塊負責將所有未知邊界點統一轉換到全局坐標系下，篩選出最核心的有限個未知邊界點提供給分配模塊進行分配，起到優化計算的作用。機器人任務分配模塊一定程度上標志著多機器人之間的協作能力水平，協作能力旨在降低完成未知環境探索所花費的總時間。

控制器車載計算機充當機器人的控制器，是中心服務器與機器人交互的中間件。它從中心服務器接收所分配的任務，發送控制命令給機器人本體。又從機器人本體接收任務執行反饋結果以及傳感器的數據，再將處理結果以及相關處理后的數據反饋給中心服務器。在軟件方面，一些成熟的定位導航、路徑規劃、地圖構建算法得到了快速的發展和廣泛的運用。

機器人本體是保證移動機器人正確作業的重要基礎。硬件方面搭載豐富的傳感器，如一些R-GBD傳感器（Kinect，Xtion PRO等）、紅外傳感器、激光距離傳感器、慣性測量單元（IMU）等，豐富的傳感器資源為機器人所能完成任務的種類提供了多樣性。

發明內容

本發明的目的是提供一種多機器人協作探索未知環境與地圖構建的裝置與方法，旨在通過多個機器人共同協作完成對整個未知環境的探索以及對探索的未知環境進行完整的建模，最終獲得一張全局的融合地圖。中心服務器通過局域網接收多張局部地圖，經過全局地圖融合得到待完成的全局地圖。未知邊界點檢測模塊利用全局地圖檢索出未知邊界點，多點聚類濾波模塊將大量未知邊界點進行篩選，得到核心未知邊界點集并且將點集發送給機器人任務分配模塊。機器人任務分配模塊接收這些核心未知邊界點集，按照分配策略將這些目標點合理發送給不同機器人的車載控制器。車載控制器利用相應的軟件導航模塊完成機器人到目標點的路徑規劃并驅動機器人運動到目標處。機器人運動過程期間，車載控制器同時通過傳感器采集環境信息并由地圖構建模塊進行環境建模。車載控制器實時檢測本體機器人在預設感知半徑范圍內是否感知到其他機器人，如果感知到就會建立連接并交換融合雙方的地圖。

上述的目的通過以下技術方案實現：

一種多機器人協作探索未知環境與地圖構建的裝置，該裝置包括中心服務器、控制器、機器人；所述的中心服務器用于下發任務給控制器，并且顯示任務的運行狀態，實現系統與用戶的交互；所述控制器用于接收中心服務器下發的任務，解析后驅動機器人完成相應的任務；所述機器人用于作為行為動作的具體執行者。