[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

说明书

本发明公开了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。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。本发明通过多个机器人共同协作完成对整个未知环境的探索以及对探索的未知环境进行完整的建模，最终获得一张全局的融合地图。

技术领域：

本发明涉及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，属于多机器人未知环境探索与地图构建的技术领域。

背景技术：

移动机器人相关领域的研究开始于上世纪60年代，随着应用领域的不断扩大延伸，使得移动机器人相关的研究课题也不断的加深。大多数情况下，例如太空行星探索、地震灾区的搜索救援、常见的家庭服务扫地机器人。移动机器人对将要执行任务的环境一开始是一无所知的，所以移动机器人要进行定位、导航、路径规划的前提就是充分认识未知环境。因此移动机器人的基本课题就包含环境探索和地图构建。 移动机器人对所处的环境的探测与建模至关重要，这关系到移动机器人后续任务的执行。与单机器人相比，多机器人系统在环境探索和地图构建方面具有着许多的优点。多个机器人可以并行的探索未知环境，并且可以通过机器人之间的通信实现环境信息的共享，有助于多个机器人之间有效和精确的定位，多机器人系统相对单机器人系统而言，由于多个机器人之间可以相互进行协作，所以感知和探索整个未知环境所花的时间更少，效率更高。

未知边界点的定义是在地图中分割已知区域和未知区域的一系列点，同时未知边界点所在的地图区域也是机器人需要去感知并探索的未知区域，未知边界点的检测是机器人探索的基础与目标，也是全局地图完备性的保障。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，筛选出最核心的有限个未知边界点提供给分配模块进行分配，起到优化计算的作用。机器人任务分配模块一定程度上标志着多机器人之间的协作能力水平，协作能力旨在降低完成未知环境探索所花费的总时间。

控制器车载计算机充当机器人的控制器，是中心服务器与机器人交互的中间件。它从中心服务器接收所分配的任务，发送控制命令给机器人本体。又从机器人本体接收任务执行反馈结果以及传感器的数据，再将处理结果以及相关处理后的数据反馈给中心服务器。在软件方面，一些成熟的定位导航、路径规划、地图构建算法得到了快速的发展和广泛的运用。

机器人本体是保证移动机器人正确作业的重要基础。硬件方面搭载丰富的传感器，如一些R-GBD传感器（Kinect，Xtion PRO等）、红外传感器、激光距离传感器、惯性测量单元（IMU）等，丰富的传感器资源为机器人所能完成任务的种类提供了多样性。

发明内容

本发明的目的是提供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，旨在通过多个机器人共同协作完成对整个未知环境的探索以及对探索的未知环境进行完整的建模，最终获得一张全局的融合地图。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。未知边界点检测模块利用全局地图检索出未知边界点，多点聚类滤波模块将大量未知边界点进行筛选，得到核心未知边界点集并且将点集发送给机器人任务分配模块。机器人任务分配模块接收这些核心未知边界点集，按照分配策略将这些目标点合理发送给不同机器人的车载控制器。车载控制器利用相应的软件导航模块完成机器人到目标点的路径规划并驱动机器人运动到目标处。机器人运动过程期间，车载控制器同时通过传感器采集环境信息并由地图构建模块进行环境建模。车载控制器实时检测本体机器人在预设感知半径范围内是否感知到其他机器人，如果感知到就会建立连接并交换融合双方的地图。

上述的目的通过以下技术方案实现：

一种多机器人协作探索未知环境与地图构建的装置，该装置包括中心服务器、控制器、机器人；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。