一種分布式多機器人地圖融合系統(tǒng)及融合方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機械技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種分布式多機器人地圖融合系統(tǒng)及融合方法。
【背景技術(shù)】
[0002]分布式人工智能是人工智能領(lǐng)域中一個重要的研究方向，而多Agent系統(tǒng)(mult1-Agent system,MAS)則是其一個主要的分支。20世紀(jì)90年代，隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)的飛速發(fā)展，Agent及MAS的相關(guān)研究已經(jīng)成為控制領(lǐng)域的一個新興的研究方向。由于Agent體現(xiàn)了人類的社會智能，具有很強的自治性和適應(yīng)性，因此，越來越多的研究人員開始關(guān)注對其理論及應(yīng)用方面的研究。目前，人們已經(jīng)將MAS的相關(guān)技術(shù)應(yīng)用到交通控制電子商務(wù)、多機器人系統(tǒng)、軍事等諸多領(lǐng)域。而在MAS中，Agent之間如何在復(fù)雜環(huán)境中相互協(xié)調(diào)，共同完成任務(wù)則成為這些應(yīng)用的重要前提。近年來，從控制的角度對MAS進(jìn)行分析與研究已經(jīng)成為國內(nèi)外眾多學(xué)術(shù)機構(gòu)的關(guān)注熱點，人們在MAS協(xié)同控制問題上做了大量的研究工作，特別是在MAS群集運動控制和協(xié)同控制一致性問題方面取得了很大的進(jìn)展。
[0003]現(xiàn)有的分布式多機器人協(xié)同技術(shù)是將多個機器人通過一個上位機終端進(jìn)行監(jiān)視操作，一旦作為監(jiān)視器的上位機發(fā)生故障或傳輸介質(zhì)發(fā)生故障，機器人將失去行動能力，只能原地等待上位機發(fā)出命令。這樣的機制將會使得機器人的工作效率變低，一旦發(fā)生險情上位機無法控制機器人做有效的規(guī)避動作。
[0004]此外，現(xiàn)有的技術(shù)是對已知的環(huán)境進(jìn)行檢測，事先對即將探索的環(huán)境進(jìn)行劃分，將各個機器人劃分如已確定的位置，從而達(dá)到對環(huán)境的檢測，此種做法無法對位置環(huán)境經(jīng)行有效的探索。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種分布式多機器人地圖融合系統(tǒng)，其特征在于，包括:多個機器人，所述多個機器人均具有紅外線探測器和無線通訊模塊；機器人間通過無線通訊模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
[0006]進(jìn)一步的，在所述的分布式多機器人地圖融合系統(tǒng)中，所述無線通訊模塊是Zigbee傳輸模塊。
[0007]進(jìn)一步的，在所述的分布式多機器人地圖融合系統(tǒng)中，所述多個機器人還均具有光傳感器和溫度傳感器。
[0008]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種分布式多機器人地圖融合方法，使用所述的分布式多機器人地圖融合系統(tǒng)，包括:
[0009]機器人遇到障礙物，通過其安裝的紅外線探測器掃描出障礙物得到離散的點，通過所述離散的點獲得由離散的點組成的直線；
[0010]根據(jù)所述由離散的點組成的直線判斷多條直線情況；
[0011]將所述多條直線進(jìn)行集中式融合；
[0012]機器人之間根據(jù)分布式融合策略，轉(zhuǎn)化地圖，統(tǒng)一坐標(biāo)并通過一顯示界面來顯示地圖融合的結(jié)果。
[0013]進(jìn)一步的，在所述的分布式多機器人地圖融合方法中，根據(jù)所述離散的點通過最小二乘法獲得由離散的點組成的直線。
[0014]進(jìn)一步的，在所述的分布式多機器人地圖融合方法中，所述多條直線情況包括平行直線情況和/或交叉直線情況。
[0015]進(jìn)一步的，在所述的分布式多機器人地圖融合方法中，多條直線間的夾角范圍e (0，Ji)。
[0016]進(jìn)一步的，在所述的分布式多機器人地圖融合方法中，在將所述多條直線進(jìn)行集中式融合的步驟中，采用順序結(jié)構(gòu)的融合模式將所述多條直線進(jìn)行集中式融合。
[0017]本發(fā)明提供的分布式多機器人地圖融合系統(tǒng)及融合方法，具有以下有益效果:本發(fā)明將現(xiàn)有的無線傳感技術(shù)與多機器人協(xié)同控制技術(shù)相結(jié)合，通過多機器人地圖構(gòu)建系統(tǒng)，針對于無全局定位和無初始位置信息的應(yīng)用場景，利用數(shù)據(jù)融合的方式實現(xiàn)地圖的轉(zhuǎn)化與拼接，為系統(tǒng)外部的用戶提供確完整的地圖信息。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明實施例的分布式多機器人地圖融合方法構(gòu)成直線路徑示意圖；
[0019]圖2是本發(fā)明實施例的分布式多機器人地圖融合方法的假想探索圖；
[0020]圖3是本發(fā)明實施例的分布式多機器人地圖融合方法的多種直線情況圖；
[0021]圖4-5是本發(fā)明實施例的分布式多機器人地圖融合方法的直線夾角示意圖；
[0022]圖6是本發(fā)明實施例的分布式多機器人地圖融合方法的融合示意圖；
[0023]圖7是本發(fā)明實施例的分布式多機器人地圖融合系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0024]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提出的分布式多機器人地圖融合系統(tǒng)及融合方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。
[0025]本發(fā)明提供一種分布式多機器人地圖融合系統(tǒng)，包括:多個機器人，所述多個機器人均具有紅外線探測器和無線通訊模塊；機器人間通過無線通訊模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在本實施例中，所述無線通訊模塊是Zigbee傳輸模塊。進(jìn)一步的，所述多個機器人還均具有光傳感器和溫度傳感器。
[0026]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種分布式多機器人地圖融合方法，采用上述的分布式多機器人地圖融合系統(tǒng)，具體包括以下步驟:
[0027]步驟一:
[0028]本發(fā)明實現(xiàn)采用幾何匹配機制，在機器人遇到障礙物時，通過其安裝的紅外線可以直接掃描出周圍的障礙物，并用線段描繪在自身維護(hù)的局部地圖上。而安裝紅外等傳統(tǒng)傳感器的機器人，首先得到的是點陣圖，需要通過一些技術(shù)轉(zhuǎn)化為幾何地圖。
[0029]如圖1所示，機器人將所探測到的離散的點，利用最小二乘法(y = ax+b)獲得直線環(huán)境，即可描繪出圖1所示直線。
[0030]步驟二:
[0031]由于無全局坐標(biāo)系的機器人探索系統(tǒng)總會出現(xiàn)或多或少的探索區(qū)域重疊現(xiàn)象，而利用圖形匹配的方式實現(xiàn)地圖融合，關(guān)鍵就在于尋找公共區(qū)域內(nèi)的相同障礙物特征值信息。
[0032]如圖2所示，圖2為假想探索圖。如圖3所示，圖3位多種直線情況圖。其中，圖3A是第一平行直線情況，圖3B是第一交叉直線情況，圖3C是第二平行直線情況，圖3D是第二交叉直線情況。
[0033]如圖4和圖5所示，線的相交或平行式兩條直線之間角度的變化，一個夾角α由兩條邊和一個交點組成，為了便于融合計算，我們定義a e (O, 31)而且若一條邊11逆時針旋轉(zhuǎn)η以內(nèi)的角度就能與另一條邊12重合。凡是符合上面兩個條件的夾角都可以作為參照物的候選角。
[0034]步驟三:
[0035]本發(fā)明采用順序結(jié)構(gòu)的融合模式。如圖6所示，后續(xù)的局部地圖P3將會和P(2，I)融合為P(l，2，3)，這一過程一直持續(xù)到P(l，2，3……η)形成。為了融合η個子地圖，順序結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行η-1次地圖合并。
[0036]步驟四:
[0037]當(dāng)機器人擁有分配給它的地圖后，利用半徑R來模擬Zigbee通訊距離，機器人之間根據(jù)分布式融合策略，轉(zhuǎn)化地圖，統(tǒng)一坐標(biāo)。最后通過一個虛擬的顯示界面來顯示地圖融合的結(jié)果，機器人群體內(nèi)坐標(biāo)統(tǒng)一的情況。
[0038]如圖7所示，系統(tǒng)由一個控制單元調(diào)度各功能模塊，當(dāng)系統(tǒng)啟動后，軟件分兩種方式加載原地圖，也就是待探索的結(jié)構(gòu)化環(huán)境。一種方式是用戶手繪新地圖:通過調(diào)用Qt自帶的繪圖函數(shù)，拖拽鼠標(biāo)生成點、線、面等幾何圖形，用戶可以根據(jù)實驗需求搭建不同種類的地圖。另一種方式是從文件中調(diào)出已有的地圖，目的是為了在同一環(huán)境下多次測量數(shù)據(jù)。不管是哪種操作，產(chǎn)生的修改都將保存到文件中，作為歷史數(shù)據(jù)供以后參考使用。原地圖被分割后，控制單元用單鏈表存儲各個子地圖中的線段信息，并這些線段信息傳送給不同的機器人對象，各機器人對象調(diào)用隨機函數(shù)對線段信息進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、平移。這一過程模擬了機器人在以自身為坐標(biāo)原點建立的坐標(biāo)系下探索環(huán)境得到的局部地圖。
[0039]在原地圖的切割過程中，鼠標(biāo)點擊地圖，Qt截獲鼠標(biāo)坐標(biāo)點作為機器人在子地圖中的坐標(biāo)點。這一過程模擬了機器人利用測程法，記錄步長，監(jiān)控自身在子地圖中的位置。最后通過分布式地圖融合實現(xiàn)地圖的拼接，坐標(biāo)的統(tǒng)一，冗余信息的裁剪，最后顯示在結(jié)果地圖顯示區(qū)域內(nèi)。
[0040]上述描述僅是對本發(fā)明較佳實施例的描述，并非對本發(fā)明范圍的任何限定，本發(fā)明領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上述揭示內(nèi)容做的任何變更、修飾，均屬于權(quán)利要求書的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種分布式多機器人地圖融合系統(tǒng)，其特征在于，包括:多個機器人，所述多個機器人均具有紅外線探測器和無線通訊模塊；機器人間通過無線通訊模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。2.如權(quán)利要求1所述的分布式多機器人地圖融合系統(tǒng)，其特征在于，所述無線通訊模塊是Zigbee傳輸模塊。3.如權(quán)利要求1所述的分布式多機器人地圖融合系統(tǒng)，其特征在于，所述多個機器人還均具有光傳感器和溫度傳感器。4.一種分布式多機器人地圖融合方法，使用如權(quán)利要求1-3中任一所述的分布式多機器人地圖融合系統(tǒng)，其特征在于，包括: 機器人遇到障礙物，通過其安裝的紅外線探測器掃描出障礙物得到離散的點，通過所述離散的點獲得由離散的點組成的直線； 根據(jù)所述由離散的點組成的直線判斷多條直線情況； 將所述多條直線進(jìn)行集中式融合； 機器人之間根據(jù)分布式融合策略，轉(zhuǎn)化地圖，統(tǒng)一坐標(biāo)并通過一顯示界面來顯示地圖融合的結(jié)果。5.如權(quán)利要求4所述的分布式多機器人地圖融合方法，其特征在于，根據(jù)所述離散的點通過最小二乘法獲得由離散的點組成的直線。6.如權(quán)利要求4所述的分布式多機器人地圖融合方法，其特征在于，所述多條直線情況包括平行直線情況和/或交叉直線情況。7.如權(quán)利要求6述的分布式多機器人地圖融合方法，其特征在于，多條直線間的夾角范圍 e (O, JT) ο8.如權(quán)利要求4所述的分布式多機器人地圖融合方法，其特征在于，在將所述多條直線進(jìn)行集中式融合的步驟中，采用順序結(jié)構(gòu)的融合模式將所述多條直線進(jìn)行集中式融合。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種分布式多機器人地圖融合方法，括：機器人遇到障礙物，通過其安裝的紅外線探測器掃描出障礙物得到離散的點，通過所述離散的點獲得由離散的點組成的直線；根據(jù)所述由離散的點組成的直線判斷多條直線情況；將所述多條直線進(jìn)行集中式融合；機器人之間根據(jù)分布式融合策略，轉(zhuǎn)化地圖，統(tǒng)一坐標(biāo)并通過一顯示界面來顯示地圖融合的結(jié)果。本發(fā)明將現(xiàn)有的無線傳感技術(shù)與多機器人協(xié)同控制技術(shù)相結(jié)合，通過多機器人地圖構(gòu)建系統(tǒng)，針對于無全局定位和無初始位置信息的應(yīng)用場景，利用數(shù)據(jù)融合的方式實現(xiàn)地圖的轉(zhuǎn)化與拼接，為系統(tǒng)外部的用戶提供確完整的地圖信息。
【IPC分類】G05D1/02
【公開號】CN105094135
【申請?zhí)枴緾N201510559668
【發(fā)明人】張漠鑫, 陳年生, 姜夢曉, 黃楨宇
【申請人】上海電機學(xué)院
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年9月3日