[发明专利]基于多传感器融合的自主巡检探索小车系统及导航方法

说明书

本发明公开了一种基于多传感器融合的自主巡检探索小车系统及导航方法，该系统包括终端显示装置、SLAM模块、自主探索导航模块、气体源感知模块、底盘驱动模块；气体源感知模块将气体信号传输到终端显示界面；处理器中的SLAM模块用于获取机器人在场景中的实时位姿信息并实时构建增量式环境地图；自主探索导航模块根据SLAM模块发布的定位信息和环境地图以及目标位置生成全局导航路径和局部导航路径；根据生成的全局导航路径和局部导航路径驱动机器人运动。本发明提供的系统进行已知环境的巡检以及未知环境的自主探索，通过有效可靠的导航方案，及时确定危险源位置并将实时图像传回，以便救援人员知晓危险事故现场实时情况，以便确定最佳抢险路线进行险情处置。

技术领域

本发明涉及智能机器人技术领域，特别是一种基于多传感器融合的自主巡检探索小车系 统及导航方法。

背景技术

易燃易爆的气体、粉尘的爆炸及有毒气体的危害，在化工行业的绝大多数企业中普遍存 在，这一现象是由化工行业本身固有的特点所决定的。多数化工企业所处理的大量原材料、 中间体和产品，自身具有易燃、易爆、有毒的性质。化工生产、储存和输送等工艺过程，许 多都是处于高温(或低温)、高压(或负压)、催化、化学反应等易燃易爆的状态条件下，且 容易挥发出有毒的气体。由于多数化工企业中不可避免存在火灾爆炸的潜在危险及有毒气体 对人体的伤害，火灾爆炸事故及有毒气体的泄露常常造成严重的破坏后果，因此防火防爆防 毒在化工安全中具有特殊且重要的地位。

众所周知，在化工行业这种具有易燃、易爆、有毒属性的危险环境中工作，任何一个环 节发生事故，都可能带来连锁反应，会造成大面积的人身伤亡、主设备损坏甚至由于易燃易 爆气体未及时有效定位及处置导致爆炸等灾难性事故。传统化工行业监控和巡视主要通过人 工方式，巡检人员综合运用感官以及一些配套的检测仪器对相关设备进行以简单定性判断为 主的检查，该方式除了对劳动力要求较高外，还存在巡检不到位，检测质量分散、主观因素 多等缺陷。巡检人员安全无法得到有效保障，很难在保证巡检人员安全的前提下，切实有效 的定位气体泄露源。

目前，室内定位技术主要有：(1)UWB超宽带定位；超宽带(UWB)定位技能运用事前布 置好的已知方位的锚节点和桥节点，与新参加的盲节点进行通讯，并运用三角定位或者“指 纹”定位方法来确认方位。但是缺点如下：波束指向性强(需要波束明确指向接收源),通 信距离短(UWB的授权频谱有相当多的现存通信设备，UWB设备功率需要低于一定门限才能 不影响其他通信系统

(2)WIFI定位；无线局域网络(WLAN)是一种全新的信息获取平台，可以在广泛的应用领 域内实现复杂的大范围定位、监测和追踪任务，而网络节点自身定位是大多数应用的基础和 前提。无线局域网中的AP接入点或是无线网卡都可以方便测得无线信号的强度，利用这一 点可以通过匹配信号强度的方法进行定位。位置指纹法是一种常用的无线局域网室内定位技 术。基于RSSI技术室内定位系统运行分两个过程，分别是先在系统覆盖区域对设置的若干 个AP固定点离线采集其位置信息以及信号强度，通过有线网络传输给数据中心形成位置指 纹数据库，再对实时待测物所测算得到信号强度利用最近邻居法分析匹配出其位置。但是缺 点如下：定位器的能耗较高，采集数据工作量大，而且为了达到较高的精度，固定点AP的 位置测算设置比较繁琐。定位的测算仅仅依赖于哪个Wi-Fi的接入点最近，而不是依赖于合 成的信号强度图，楼层定位很容易出错。Wi-Fi收发器都只能覆盖半径90米以内的区域， 易受到其他信号的干扰，从而影响其精度。

(3)超声波定位；超声波定位目前大多数采用反射式测距法。系统由一个主测距器和 若干个电子标签组成，主测距器可放置于移动机器人本体上，各个电子标签放置于室内空间 的固定位置。定位过程如下：先由上位机发送同频率的信号给各个电子标签，电子标签接收 到后又反射传输给主测距器，从而可以确定各个电子标签到主测距器之间的距离，并得到定 位坐标。但是缺点如下：超声波在传输过程中衰减明显从而影响其定位有效范围，且易受干 扰。