[发明专利]一种基于改进SLAM的巡检机器人导航控制方法

权利要求书

1.一种基于改进SLAM的巡检机器人导航控制方法，具体步骤如下，其特征在于：

步骤1，采集巡检机器人运行时的数据：通过激光雷达采集巡检机器人的位置信息，并根据驱动器反馈记录巡检机器人的动作信息；

步骤2，建立改进的SLAM机器人定位算法：将当前时刻与上一时刻的位姿差作为SLAM的提议分布，获得改进后的SLAM机器人定位算法，并通过SLAM算法对当前运行环境建立全局地图；

步骤3，依据步骤2所获得的地图对机器人进行路径规划，对巡检机器人行驶速度进行采样，并根据评价公式对巡检机器人当前行驶的速度进行更新；

步骤4，对巡检机器人加速度、速度和目标方位角闭环控制：通过矢量控制实现巡检机器人的电机控制，并对巡检机器人的加速度、速度和目标方位角进行PID闭环控制

步骤5，巡检路线上的异常情况处理：通过实时图像采集系统采集巡检路线上的人员求助和违法犯罪等紧急情况，同时启动中断处理机制，日志模块记录车载终端的异常情况。

2.根据权利要求1所述的一种基于改进SLAM的巡检机器人导航控制方法，其特征在于：步骤2中建立改进的SLAM机器人定位算法的过程表示为：

通过联合概率密度函数将算法模型表示成定位和建图两个过程

p(x_k，m|z_k，u_k-1)＝p(x_k|z_k，u_k-1)p(m|x_k，z_k) (1)

式中，x_k为k时刻巡检机器人的运动轨迹，m为所估计的环境地图，z_k为k时刻的环境观测历史信息，u_k-1位巡检机器人控制的历史信息，p为后验概率密度函数，k-1为k-1时刻；

步骤2.1，首先初始化粒子状态x₀和粒子权重w₀，其中0代表0时刻

步骤2.2，对k时刻的运动轨迹进行采集，获得粒子集其中i代表第i个传感器，在单位时间内读取巡检机器人控制的历史信息u_k，，并计算提议分布q(x_k|z_k,u_k-1)，更新粒子权值

为提高巡检机器人位姿的精确性和可靠性，将提议分布改进为：

q(x_k|z_k，u_k-1)＝x_k-1+g(x_k|z_k，u_k-1) (3)

式中，g(x_k|z_k,u_k-1)为巡检机器人当前时刻与上一时刻的位姿差：

步骤2.3，通过粒子权重对粒子集重新采样，计算有效粒子数Neff：

步骤2.4，根据粒子权重计算巡检机器人位姿估计值

步骤2.5，根据公式1建立的局部地图信息和巡检机器人位姿估计值更新全局地图p(m|x_k,z_k)。

3.根据权利要求1所述的一种基于改进SLAM的巡检机器人导航控制方法，其特征在于：步骤3中依据步骤2所获得的地图对机器人进行路径规划的过程表示为：

步骤3.1，对当前的巡检机器人的速度进行采样，获得速度的矢量信号(v,a)，其中v为当前巡检机器人的线速度，a为角速度；

步骤3.2，通过评价函数对当前速度进行评价，更新下一时刻的速度，评价公式G如下：

G＝σ(b·heading(v，a)+β·dist(v，a)+γ·vel(v，a)) (7)

式中，b为目标方位角权重，β为机器人与障碍物间隔的权重，γ为速度函数的权重，heading(v,a)为目标方位角计算公式，dist(v,a)为机器人与障碍物间隔函数,vel(v,a)为速度函数；

步骤3.3，，根据评价函数对巡检机器人下一时刻的速度值进行更新：

式中，为更新后的速度，ArgMax(G(v,a))函数表示当评价函数最大时，所对应的速度组合。

4.根据权利要求1所述的一种基于改进SLAM的巡检机器人导航控制方法，其特征在于：步骤4中对巡检机器人加速度、速度和目标方位角闭环控制的过程表示为：

三级串联PID控制巡检机器人的加度、速度值和目标方位角，完成加速度、速度和航向角的闭环控制，最终实现巡检机器人的位置跟踪。