[发明专利]一种未知初始状态的多机器人协同探索方法、装置及系统

说明书

本发明提供了一种未知初始状态的多机器人协同探索方法、装置及系统，涉及机器人探索技术领域。本发明所述的未知初始状态的多机器人协同探索方法，包括：获取多机器人的融合环境信息，对所述融合环境信息进行目标提取，建立目标节点；对所述目标节点进行优化和筛选，建立机器人状态与目标节点图；根据所述机器人状态与目标节点图，采用统一的协同策略进行任务决策，完成机器人对目标区域的实时导航控制任务；根据机器人相互通信实现任务的迭代，完成探索任务。本发明所述的技术方案，通过多机器人数据关联实现机器人状态图的估计，填补多机器人探索领域中系统状态初始化的空白，解决了需要人为干预的弊端，提供了一套可靠有效的探索方法。

技术领域

本发明涉及机器人探索技术领域，具体而言，涉及一种未知初始状态的多机器人协同探索方法、装置及系统。

背景技术

移动机器人具有机动灵活，重量轻，体积小且可以携带多种传感器进行环境感知的优点，一直都是机器人研究的重点。

现有技术中，通常假设多机器人的状态已知，并对每个机器人使用算法进行单个机器人的状态更新估计，从而对多个机器人的信息进行递增式的估计。然而这样的假设在实际场景以及相关环境的应用上会带来严重的问题。例如救援行动中，利用多机器人实施地下勘探行动时，实际的场景对人与机器人而言都是未知的，在将机器人放到地下环境中后，并不能人为地告知机器人初始状态的信息。因此如何在完全未知的环境下使多个机器人确定自身的状态，以及相对其他机器人的状态成为了目前需要解决的问题。

发明内容

本发明解决的问题是如何实现未知初始状态下的机器人探索任务。

为解决上述问题，本发明提供一种未知初始状态的多机器人协同探索方法，包括：获取多机器人的融合环境信息，对所述融合环境信息进行目标提取，建立目标节点；对所述目标节点进行优化和筛选，建立机器人状态与目标节点图；根据所述机器人状态与目标节点图，采用统一的协同策略进行任务决策，完成机器人对目标区域的实时导航控制任务；根据机器人相互通信实现任务的迭代，完成探索任务。

本发明所述的未知初始状态的多机器人协同探索方法，通过多机器人数据关联实现机器人状态图的估计，填补多机器人探索领域中系统状态初始化的空白，解决了需要人为干预的弊端，为安全救援、反恐、搜救等任务提供了一套可靠有效的探索方法。

可选地，所述获取多机器人的融合环境信息包括：确定每一对机器人之间的相对位姿，根据所述相对位姿确定机器人状态估计图；根据所述机器人状态估计图确定局部地图相对于全局地图的转换矩阵，以根据所述转换矩阵将所述全局地图的栅格位置作为索引，从所有所述局部地图提取所述融合环境信息。

本发明所述的未知初始状态的多机器人协同探索方法，通过相对位姿确定机器人状态估计图以确定局部地图相对于全局地图的转换矩阵，从而从所有局部地图地图信息获得融合环境信息，提高了地图准确性，也提高了探索任务执行效率。

可选地，所述对所述融合环境信息进行目标提取，建立目标节点包括：根据所述融合环境信息确定目标边界；根据所述目标边界确定轮廓图像的几何矩；根据所述几何矩确定边界轮廓的目标点信息，以建立所述目标节点。

本发明所述的未知初始状态的多机器人协同探索方法，根据融合环境信息确定目标边界以确定轮廓图像的几何矩，根据几何矩确定边界轮廓的目标点信息以建立目标节点，获得代表性的目标节点，提升目标点搜索效率，且保证全局搜索完整性，使地图的小角落不会因为生长树采样点过少而丢失。

可选地，所述对所述融合环境信息进行目标提取，建立目标节点还包括：采用基于RRT改进的搜索树方法寻找已知环境和未知环境的边界点。

本发明所述的未知初始状态的多机器人协同探索方法，通过为每个自主移动机器人设置一个搜索树，保障机器人能尽快找到距离其较近的边界点，提高边界点寻找的效率与个数。