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[發(fā)明專(zhuān)利]一種火場(chǎng)自主導(dǎo)航偵察機(jī)器人有效

專(zhuān)利信息
申請(qǐng)?zhí)枺?/td> 201911054366.6 申請(qǐng)日: 2019-10-31
公開(kāi)(公告)號(hào): CN110673603B 公開(kāi)(公告)日: 2023-10-24
發(fā)明(設(shè)計(jì))人: 李森;張單;宋懷濤;馮春勇;牛運(yùn)晨 申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人: 鄭州輕工業(yè)大學(xué)
主分類(lèi)號(hào): G05D1/02 分類(lèi)號(hào): G05D1/02
代理公司: 北京方圓嘉禾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11385 代理人: 劉璐璐
地址: 450000 河南*** 國(guó)省代碼: 河南;41
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摘要:
搜索關(guān)鍵詞: 一種 火場(chǎng) 自主 導(dǎo)航 偵察 機(jī)器人
【權(quán)利要求書(shū)】:

1.一種火場(chǎng)自主導(dǎo)航偵察機(jī)器人,其特征在于:包括機(jī)器人本體(1)、控制終端和設(shè)置在機(jī)器人本體(1)上的機(jī)器人主控制器、機(jī)器人底層控制器、環(huán)境地圖構(gòu)建與導(dǎo)航單元、執(zhí)行單元、環(huán)境信息探測(cè)單元、語(yǔ)音單元和視頻采集單元,所述的機(jī)器人底層控制器與機(jī)器人主控制器連接,與機(jī)器人底層控制器相連設(shè)有環(huán)境地圖構(gòu)建與導(dǎo)航單元、執(zhí)行單元、環(huán)境信息探測(cè)單元;與機(jī)器人主控制器相連設(shè)有語(yǔ)音單元和視頻采集單元,所述的機(jī)器人主控制器通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)與控制終端連接,所述控制終端包括消防救援指揮中心PC機(jī)控制端和消防員隨身佩戴控制端,消防員隨身佩戴控制端又包括頭戴式AR顯示器和手握式遙控器。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火場(chǎng)自主導(dǎo)航偵察機(jī)器人,其特征在于:所述的環(huán)境地圖構(gòu)建與導(dǎo)航單元包括激光雷達(dá)(523)、IMU模塊、里程計(jì),激光雷達(dá)(523)與機(jī)器人主控制器連接,IMU模塊和里程計(jì)與機(jī)器人底層控制器連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的火場(chǎng)自主導(dǎo)航偵察機(jī)器人,其特征在于:所述的環(huán)境地圖構(gòu)建與導(dǎo)航單元使用SLAM算法結(jié)合激光雷達(dá)完成火場(chǎng)環(huán)境同步定位與地圖構(gòu)建,其具體包括以下步驟:①慣性測(cè)量單元的IMU模塊和里程計(jì)對(duì)機(jī)器人本身進(jìn)行航向角和里程測(cè)量獲得機(jī)器人自身姿態(tài)信息;②激光雷達(dá)對(duì)周?chē)h(huán)境中的障礙物進(jìn)行環(huán)境信息探測(cè)和測(cè)距獲得周?chē)系K物表面二維點(diǎn)云信息;③將步驟①和②獲得的機(jī)器人自身姿態(tài)信息和周?chē)系K物表面二維點(diǎn)云信息,逐幀進(jìn)行匹配;將當(dāng)前幀數(shù)據(jù)根據(jù)初始位置投影到參考幀坐標(biāo)系;④對(duì)應(yīng)當(dāng)前幀中的點(diǎn),在參考幀中找到兩個(gè)與之相近的點(diǎn),并分別計(jì)算與當(dāng)前幀之間的誤差;⑤設(shè)定一個(gè)閾值剔除誤差較大的幀;⑥獲取控制終端輸入的行動(dòng)指令;⑦行動(dòng)后,根據(jù)運(yùn)動(dòng)模型通過(guò)粒子濾波器對(duì)機(jī)器人當(dāng)前位置進(jìn)行估計(jì),判斷機(jī)器人自身處于地圖中的位置;⑧判斷是否觀測(cè)到特征點(diǎn),若沒(méi)發(fā)現(xiàn)特征點(diǎn),則返回上一步,若發(fā)現(xiàn)特征點(diǎn),則進(jìn)入下一步;⑨基于卡爾曼濾波器進(jìn)行對(duì)環(huán)境特征進(jìn)行估計(jì);⑩將估計(jì)的環(huán)境特征與激光雷達(dá)掃描的當(dāng)前環(huán)境特征進(jìn)行比較,若差異性較大,則進(jìn)行重采樣,返回第一步,若差異性較小,則進(jìn)行地圖更新。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的火場(chǎng)自主導(dǎo)航偵察機(jī)器人,其特征在于:所述的環(huán)境地圖構(gòu)建與導(dǎo)航單元基于構(gòu)建的火場(chǎng)環(huán)境平面地圖,機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)火場(chǎng)中的自主導(dǎo)航,具體步驟如下:機(jī)器人主控制器使用A*(A-Star)算法計(jì)算出到達(dá)導(dǎo)航點(diǎn)的最優(yōu)全局路徑,并且在導(dǎo)航的過(guò)程中使用D*(D-Star)算法動(dòng)態(tài)計(jì)算局部最優(yōu)路徑,其具體步驟為:首先給定目標(biāo)位置,根據(jù)環(huán)境地圖構(gòu)建與定位單元構(gòu)建好的地圖,啟動(dòng)全局路徑規(guī)劃A*(A-Star)算法,利用啟發(fā)函數(shù)首先在地圖上確定目標(biāo)位置的一個(gè)大致方向,沿該方向在柵格地圖上進(jìn)行路徑節(jié)點(diǎn)全局遍歷;通過(guò)計(jì)算篩選出相鄰柵格間最短距離,得到全局路徑;機(jī)器人根據(jù)全局路徑行進(jìn)的過(guò)程中,為了避免現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境與載入地圖之間存在差異性,設(shè)定一個(gè)區(qū)域范圍,在該范圍中進(jìn)行實(shí)時(shí)地圖構(gòu)建,同時(shí)與載入地圖進(jìn)行比較,得到一個(gè)局部代價(jià)地圖,在局部代價(jià)地圖中利用D*(D-Star)算法規(guī)劃該區(qū)域內(nèi)的局部路徑,進(jìn)而動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)全局路徑,并進(jìn)行避障。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火場(chǎng)自主導(dǎo)航偵察機(jī)器人,其特征在于:所述的環(huán)境信息探測(cè)單元包括溫度傳感器(541)、煙氣濃度傳感器(542)、可燃?xì)怏w傳感器(543);溫度傳感器(541)、煙氣濃度傳感器(542)和可燃?xì)怏w傳感器(543)均設(shè)置在機(jī)器人本體上方。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火場(chǎng)自主導(dǎo)航偵察機(jī)器人,其特征在于:所述的執(zhí)行單元包括360度云臺(tái)(531)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)(532)、風(fēng)機(jī)(533)、位置指示燈(534),驅(qū)動(dòng)電機(jī)(532)與行走機(jī)構(gòu)連接,所述的行走機(jī)構(gòu)包括若干個(gè)行走輪(21)和履帶(22),履帶(22)包裹在行走輪(21)上,行走輪(21)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)(532)的輸出軸連接;360度云臺(tái)(531)設(shè)置在機(jī)器人本體(1)上方,風(fēng)機(jī)(533)設(shè)置在機(jī)器人本體(1)內(nèi),位置指示燈(534)設(shè)置在360度云臺(tái)(531)前方。

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