[发明专利]多移动机器人的智能空间系统及导航信息获取方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种多移动机器人的智能空间构建，尤其涉及到多移动机器人导航时环境地图和定位信息的获取。

背景技术

随着科学技术和社会经济的发展，机器人应用领域正日星月异地发生着变化。多机器人系统由于内在并行性，使得其在空间、时间和功能上实现了单机器人无法完成的的并行任务。为了提高多移动机器人系统的任务执行效率，需要向其提供详细的导航信息。首先是机器人运动空间的环境信息，主要包含可行区域和非可行区域的环境地图；其次是移动机器人的定位信息，主要涉及到移动机器人的位姿；最后是信息的交互，这涉及到机器人与监控主机之间以及多机器人之间的通信。

为了帮助移动机器人获取更为完备的导航信息，构建智能空间是近年来的主要研究方向。所谓智能空间技术，就是把感知器件、执行器件分布地安装在机器人空间的相应位置，实现机器人对空间内人和物的全面感知，从而帮助其在不确定环境中更加快捷、准确和稳定的导航。从目前的研究来看，国内外专家主要通过在室内安装诸如人工地标、射频标签、CCD传感器等，并辅以网络系统来构建智能空间。中国专利号为CN102156476的专利文献公开了“智能空间与护士机器人多传感器系统及其信息融合方法”，涉及到为护士机器人所构建的一种智能空间，该空间主要通过在室内安装人工地标和无线射频标签，利用QR-Code和RFID技术来实现全局定位，通过在护士机器人身上安装光学编码器和惯性导航模块来实现局部定位，通过在护士机器人身上安装CCD视觉传感器、激光传感器、红外传感器等来获取局部环境信息。该系统存在以下不足：

(1)基于智能空间内人工地标和无线射频标签的识别定位，只能进行全局的粗略定位，且当环境一旦发生变换时，需要对地标和标签进行重新设置和初始化；

(2)护士机器人的精确定位主要是在上述地标和射频标签定位基础上，基于光学编码器和惯性导航模块来实现航位推算定位。但光学编码器存在累积误差，惯性导航存在漂移，使得定位精度很难保证。

(3)护士机器人携带的激光传感器、红外传感器不能穿透非透明的障碍物，只能获取机器人周围的局部环境信息，无法得到机器人运动空间的全局信息，不利于机器人进行全局高效导航；

(4)护士机器人自身虽然携带了CCD视觉传感器，在用于服务功能之余也用于环境信息获取，但获取的信息仍然是局部的，且立体匹配计算量非常大，对于硬件资源有限的服务机器人而言，其信息处理量过大，实时性很难保证。

总之，该智能空间主要依靠地标和射频标签来给服务机器人提供全局的粗略定位信息，功能有限。机器人所需的环境地图等导航信息仍要通过机器人自身携带的传感器系统来获得，增大了服务机器人的负担，弱化了智能空间作用。此外，该空间主要是针对单机器人系统，当室内有多个机器人时，如何高效地让多机器人系统获取完备的导航信息，如何实现多机器人之间的信息交互等都未提到。

发明内容

本发明的目的在于为了给室内多移动机器人系统提供完备的导航信息，进而提供一种多移动机器人的智能空间及导航信息获取方法。

本发明的智能空间的技术方案是：智能空间由分布式视觉系统和基于Zigbee技术的无线传感器网络系统组成。分布式视觉系统包括安装在室内顶棚的多个CCD摄像机，多路图像采集卡，以及监控主机等。摄像机通过视频线与安装在监控主机PCI插槽内的图像采集卡相连。基于Zigbee技术的无线传感器网络系统包括以带有路由功能的CC2430芯片为核心的参考节点，带有硬件定位引擎的CC2431芯片为核心的盲节点，以及装有CC2430芯片的Zigbee网关。参考节点挂靠在室内四周墙壁上，盲节点安装在移动机器人身上，Zigbee网关通过RS232串口与监控主机相连，从而构成一个完整的无线传感器网络系统。

本发明多移动机器人的智能空间的环境地图信息获取方法，所述先进行室内环境的图像拼接；然后进行地图信息获取。

图像拼接采用如下步骤：

(1)利用分布式CCD摄像机（3）采集室内不同区域的图像；

(2)进行图像预处理：采用5×5的结构元素对步骤（1）采集的图像进行中值滤波的平滑处理，去除图像中可能存在的噪声点得到待拼接图像；

(3)利用最大梯度相似曲线法确定待拼接图像各重叠区域；

(4)利用Harris角点检测算法在各重叠区域中提取角点；

(5)利用奇异值分解算法和欧式距离法进行各重叠区域的角点匹配；

(6)找出各重叠区域最相似的三对角点，建立各重叠区域的仿射变换模型；

(7)完成整个室内环境的图像拼接。