[发明专利]一种多机器人协作探索未知环境与地图构建的装置与方法

权利要求书

1.一种用多机器人协作探索未知环境与地图构建的装置进行探索未知环境与地图构建的方法，其特征在于，该方法包括：中心服务器通过局域网接收多张局部地图，经过全局地图融合得到待完成的全局地图，中心服务器下发任务给控制器，并且显示任务的运行状态，实现系统与用户的交互；控制器接收中心服务器下发的任务，解析后驱动机器人完成相应的任务；

所述中心服务器通过局域网接收多张局部地图，经过全局地图融合得到待完成的全局地图，中心服务器下发任务给控制器，并且显示任务的运行状态的具体方法是：

A1、中心服务器获取局部地图的初始相对位姿参数，接收每个机器人控制器的地图构建模块发送过来的局部地图，并按照取相应局部地图栅格中最大状态值的规则进行融合得到一张待完成的全局地图；

A2、中心服务器运行全局未知边界点检测模块，根据步骤A1中融合得到的待完成全局地图按照边界点检测方法检索出未知边界点；

A3、多点聚类滤波模块负责将所有未知边界点统一转换到全局坐标系下，筛选出最核心的未知边界点集；

A4、机器人任务分配模块接收聚类滤波模块发送过来的核心未知边界点集，采取分配策略将目标点分配给每个机器人控制器中的导航路径规划模块；

A5、中心服务器实时显示任务执行状态；

步骤A4中所述的分配策略采用最近邻原则、效益优先原则来分配相应的目标点给相应的机器人去执行；

所述最近邻原则分配方案是当有空闲机器人时，维护三个数组distance、points和robot_index,这三个数组的变量是根据索引一一对应的，distance保存了不同目标点和不同空闲机器人之间的距离，points保存了对应的未知边界点，robot_index保存了distance数组相应索引变量对应的空闲机器人索引，从distance数组中选出最近的一组目标点和空闲机器人对，然后调用该空闲机器人的robot对象的send_Goal函数导航至目标点， 当没有空闲机器人时候，就不分配，是一种静态的分配方案；

所述效益优先原则分配方案是不管有没有空闲机器人，实时维护三个数组distance、points和robot_index，这三个数组的变量是根据索引一一对应的，distance保存了不同目标点和不同机器人之间的距离，points保存了对应的未知边界点，robot_index保存了distance数组相应索引变量对应的机器人索引，从distance数组中选出效益最高的一组目标点和机器人对，无论机器人是否已经处于繁忙状态，在该机器人执行任务的过程中切换去执行运动到另外一个效益更高的目标点，是一种动态的分配方案；

所述控制器接收中心服务器下发的任务，解析后驱动机器人完成相应的任务的具体方法包括：

B1、任务解析模块负责解析中心服务器下发的任务，将目标任务点交给导航路径规划模块；

B2、数据接收模块接收传感器数据，交予地图构建模块进行定位和地图构建；

B3、导航路径规划模块根据当前构建的局部地图规划出一条从自身位置到目标任务点的可行路线，并生成一系列的速度控制指令驱使机器人本体运动至目标任务点；

B4、地图交换融合模块检测本体机器人在预设感知半径范围内感知到其他机器人，建立连接交换各自的局部地图，并进行局部的地图融合；

所述机器人完成相应的任务的具体执行步骤包括：

C1、移动机器人原地等待行为命令；

C2、移动机器人将数据采集模块采集的传感器信息数据反馈给控制器；

C3、移动机器人接收控制器发送的速度指令，运动至目标点；

C4、移动机器人行为执行完毕后，将结果反馈给控制器，再而反馈给中心服务器。

2.一种多机器人协作探索未知环境与地图构建的装置，该装置用于实现权利要求1所述的用多机器人协作探索未知环境与地图构建的装置进行探索未知环境与地图构建的方法，该装置包括中心服务器、控制器、机器人；其特征在于，所述的中心服务器用于下发任务给控制器，并且显示任务的运行状态，实现系统与用户的交互；所述控制器用于接收中心服务器下发的任务，解析后驱动机器人完成相应的任务；所述机器人用于作为行为动作的具体执行者；

所述中心服务器包括未知边界点检测模块、多点聚类滤波模块、机器人任务分配模块、全局地图融合模块；

所述控制器包括任务解析模块、数据接收模块、导航路径规划模块、定位模块、地图构建模块、地图交换融合模块；

所述机器人采用轮式移动机器人，配备激光传感器、视觉传感器以及碰撞传感器。