[发明专利]一种基于即时定位与建图技术的受限空间探测系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于即时定位与建图的受限空间探测系统及方法，属于机器人智能感知领域，该系统包括嵌入式控制器、人体红外探测器、有毒气体探测器、可燃气体探测器、激光雷达、红外测距仪、陀螺仪、红外摄像头、上位机和无线通讯模块；嵌入式控制器将接收到激光雷达传输受限空间环境的结构信息及接收陀螺仪传输的实时姿态信息通过CoreSLAM算法进行处理，将接收人体红外探测器传输的人体生命体征信息、有毒气体探测器传输的有毒气体信息和可燃气体探测器传输的可燃气体信息采用改进的CoreSLAM算法分别进行处理，将接收红外测距仪传输的距离障碍物距离信号进行自主躲避障碍物；最后得到运动轨迹地图和受限空间内部障碍物地图，该探测系统及方法便于救援人员对的受限空间环境进行了解，及时展开救援。

技术领域

本发明涉及机器人智能感知领域，尤其涉及一种基于即时定位与建图技术 的受限空间探测系统及方法。

背景技术

灾后受限空间人员难以进入，且存在安全风险，其信息的未知性和时变性 是问题之所在。若能实现对受限空间内部进行多信息地图构建，观察其损毁情 况以及幸存人员分布等，便可以提高救援效率和降低救援难度。我国的探测系 统的起步较晚，但随着国家重视程度的不断提高，资金的投入不断增加，取得 了一系列丰硕成果。

即时定位与建图(Simultaneous localization and mapping)技术是探测 系统通过从未知环境的未知地点出发，在运动过程中通过重复观测到的地图特 征来定位自身位置，再根据自身位置构建增量式地图，从而达到同时定位和地 图构建的目的，综合考虑嵌入式控制器性能特点，选用执行速度快，所需内存 小的CoreSLAM算法，并对其进行改进，将激光雷达点云数据和受限空间内部环 境数据同时整合到定位子系统中，能够建立质量好、信息量大的地图，SLAM技 术多数基于粒子滤波原理等，已被应用于无人机、无人潜艇、行星探测车、家 政探测系统、甚至人体微型内部探测器等仪器设备。未来SLAM技术的发展方向 是多传感器信息融合、优化数据关联、回环检测、提升鲁棒性等。

目前在即时定位与建图技术领域广泛运用的SLAM算法有Gmapping， HectorSLAM，Cartographer等，它们大多基于ROS平台实现。

LabVIEW平台采用完全图形化编程，无需任何形式文本代码，内部集成了可 以大量生成图形界面的模块，拥有丰富实用的数值分析、信号处理功能、大量 库函数可供调用，程序具有可移植性，可在多种设备上运行。LabVIEW底层使用 C语言开发，可以实现与C/C++的无缝衔接，在执行运算量较大的任务时能利用 混合编程提高运算效率，采用LabVIEW编程，在上位机上直接就可以以图形界 面显示，不再需要利用MCGS等软件编写组态等，是相较于传统方法的优势。

在受限空间中，多数含有未知的环境因素(例如强磁场、通信距离远等不利 因素)，如果通过手动控制，指挥者所操纵的上位机信号难以完整传达至探测系 统，无法实现自主行进和构建受限空间多信息融合的环境地图。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种基于即时定位与建图技术的 受限空间探测系统，包括嵌入式控制器、人体红外探测器、有毒气体探测器、 可燃气体探测器、激光雷达、红外测距仪、陀螺仪、红外摄像头、上位机和无 线通讯模块；

所述激光雷达采集受限空间环境的内部结构信息，并按照固定数据协议返 回点云数据，存储至所述嵌入式控制器；

所述人体红外探测器将探测到人体生命体征信息通过电平信号不同值的形 式传输给所述嵌入式控制器；

所述有毒气体探测器将探测到有毒气体及其浓度信息通过电平信号不同值 的形式传输给所述嵌入式控制器；

所述可燃气体探测器将探测到可燃气体及其浓度信息通过电平信号不同值 的形式传输给所述嵌入式控制器；