[发明专利]环境探测机器人辅助开发系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种环境探测机器人辅助开发系统及其方法。

背景技术

环境探测自主移动机器人是机器人领域的重要研究内容，在工业、农业、航空航天、军事、医疗服务及日常生活中有着广泛的应用前景。目前人们开发的自主式移动机器人只有在设计要求的特定环境下才具有良好性能，不像人或动物那样对环境具有良好的适应性。这是因为如果缺乏了特定的环境信息，机器人就无法进行位姿估计、避障、路径规划等其他操作。在环境未知的情况下，就需要机器人在进入该环境时能对环境进行有效的探测，通过获得的感知数据，构建出所处环境的模型来。只有机器人具备了这种能力，才可能实现真正的自主，才可能对普通环境具有良好的适应性。

机器人环境建模是指通过机器人获得物理环境的空间模型，是近二十年以来机器人和人工智能领域中一个非常活跃的研究课题。它被认为是在实现真正的自主移动机器人过程中最重要的问题之一。尽管这一领域已经取得了重要的进步，但仍然面临着种种重大挑战。目前在这一领域研究的热点问题主要有动态环境问题，多机器人协作，非结构体环境，传感器数据与环境模型的匹配问题等。在以上热点问题研究过程中，算法调试耗费了程序开发人员大量的时间和精力，在某些嵌入式机器人系统中，算法的执行细节更是难以捕捉，给开发人员调试系统造成了很大困难。因此需要一种有效的辅助开发方法来辅助环境探测机器人算法研究。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种环境探测机器人辅助开发系统及其方法。

环境探测机器人辅助开发系统包括机器人本体设备及远程设备；机器人本体设备的内部模块连接关系为：主控模块分别与传感器模块、视觉感知模块、无线信号收发模块、舵机控制模块、电机控制模块、电源模块相连接，传感器模块包括传感器控制板、激光测距传感器、超声测距传感器、红外测距传感器、碰撞传感器；传感器控制板分别与激光测距传感器、超声测距传感器、红外测距传感器、碰撞传感器相连接；视觉感知模块包括相连接的模拟视频摄像头和DSP视频采集单元；主控模块为FPGA主控芯片；电机控制模块包括相连接的电机驱动模块和电机；舵机控制模块包括相连接的舵机驱动模块和舵机，无线信号收发模块包括相连接的FPGA运算单元和一个无线路由单元；电源模块包括相连接的电池和电源管理模块；机器人远程设备的内部模块连接关系为：远程信号收发模块通过接口单元与远程调试模块相连接。远程信号收发模块包括相联接的无线路由单元和FPGA运算单元；远程调试模块包括相连接的远程计算机单元和显示设备；视觉感知模块采集图像，图像数据贮留于内存中；传感器模块采集各种传感器数据，传感器数据贮留于内存中，主控模块对数据进行处理计算，规划机器人控制信息，并发送控制指令到电机控制模块；电机控制模块将控制指令解析，驱动环境探测机器人动作执行；无线信号收发模块把系统当前信息发送给远程设备；远程计算机单元中设有以写有软件的固件或可装载软件的形式驻留在远程计算机单元中的环境及机器人仿真模块、系统信息记录模块、场景重现模块、环境探测机器人控制算法调试模块。远程信号收发模块接收来自机器人本体无线信号收发模块的数据；系统信息记录模块把所有数据按时间先后顺序记录到历史数据文件中；环境探测机器人控制算法开发人员通过场景重现模块指定调试时间点，场景重现模块读取历史数据文件还原该时间点场景。

环境探测机器人辅助开发方法包括如下步骤：

1)开启环境探测机器人辅助开发系统；

2)无线信号收发模块与远程信号收发模块组建无线网络；

3)视觉感知模块采集图像，图像数据贮留于内存中；

4)传感器模块采集各种传感器数据，传感器数据贮留于内存中，主控模块对数据进行处理计算，规划环境探测机器人控制信息，并发送控制指令到电机控制模块；

5)电机控制模块和舵机控制模块接收控制指令并解析，驱动环境探测机器人动作执行；

6)无线信号收发模块把系统当前信息发送给远程设备；

7)重复步骤3)～步骤6)，实现环境探测机器人环境探测；

8)远程信号收发模块接收来自环境探测机器人无线信号收发模块的数据；

9)系统信息记录模块把所有数据按时间先后顺序记录到历史数据文件中；

10)利用场景重现模块指定调试时间点，场景重现模块读取历史数据文件还原该时间点场景；

11)调试环境探测机器人；

12)重复步骤8)～步骤11)，实现环境探测机器人调试；

13)启动环境及机器人仿真模块；