[发明专利]面向可靠WIFI连接的移动机器人自主巡航方法

说明书

本发明公开了一种面向可靠WIFI连接的移动机器人自主巡航方法，包括以下步骤：1)机器人通过自主探索导航遍历整个环境，根据访问位置处的有限个测点的WIFI信号强度数据，利用高斯过程回归模型建立WIFI二维分布场的概率模型；2)同时建立环境栅格地图，并与WIFI信号强度分布相融合，生成混合地图即WIFI地图；3)利用已建立的WIFI地图进行避障导航，从而在实现最优路径避障导航的同时确保机器人所经路径绕开WIFI信号薄弱区域。本发明仅需要有限个WIFI信号强度测点数据，就可以利用机器学习算法估算出整个室内房间的WIFI信号分布，适用于远程移动机器人巡航监控中对实时无线网络连接有较高要求的应用场合。

技术领域

本发明涉及一种面向可靠WIFI连接的移动机器人自主巡航方法，属于移动机器人导航与远程监控。

背景技术

无线网络摆脱了有线的束缚，通过无线通信网络进行数据采集和监控，与有线通信方式相比，具有建网容易、管理方便、适应范围广、不受环境的限制、抗干扰能力强、网络的保密性好等优点。这也使得基于无线通信方式控制的智能移动机器人的优势越来越明显。在利用室内WIFI无线网络的移动机器人远程监控应用中，移动机器人的导航模式主要有两种工作方式：

一种工作方式是远程遥操作导航模式。大多数巡航监控机器人都工作在遥操作运行模式下，监控人员通过远程客户端软件界面来操纵机器人运动，机器人将实时采集画面通过WIFI网络回传给监控客户端(参见“彭一准，原魁，周庆瑞，一种遥操作移动机器人的研究与实现，科学技术与工程，2005,1162-1166.”)。位于操作端的操作者需要实时知道移动机器人端的环境信息、任务进展情况以及移动机器人本体的状态信息，并通过网络发送机器人控制指令。因此此类系统对无线网络连接提出了很高的要求，当机器人进入无线网络信号覆盖薄弱区域时，远程实时遥控操作将被断开。

另一种工作方式是自主导航模式。一些巡航监控机器人初步具备了自主导航功能，即利用环境地图实现自主导航，例如漫游、探索、点到点运动等，并在导航过程中传回实时视频信息。而这种情况下，也需要确保机器人不进入无无线网络覆盖区域，或者偶然进入无线网络信号覆盖薄弱区域之后能立刻自行离开，从而确保实时视频信息的回传。

本发明所提出的面向可靠WIFI连接的机器人导航，是指机器人在未知AP位置的情况下，通过自主建立室内环境的WIFI分布地图并利用该地图进行导航从而绕开WIFI信号薄弱的区域。因此该发明中的关键问题是建立室内环境的WIFI地图。

当需要描述室内复杂环境的路标、地点、栅格以及WIFI信号强度分布等多种信息时，应建立混合形式的环境模型，例如拓扑/栅格混合地图、栅格/特征混合地图等(参见“Z.Lin.Recognition-based Indoor Topological Navigation Using Robust InvariantFeatures.IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots andSystems.2005,3975-3980”)。建立环境的WIFI地图就是通过机器人SLAM过程创建环境的栅格地图，同时根据机器人对环境WIFI强度测量所得的有限数据，利用高斯回归模型建立连续的环境WIFI强度分布，并将障碍物栅格地图与WIFI强度分布图相融合。

障碍物环境地图创建是移动机器人的基本研究问题之一。经专利检索查新，熊蓉等人申请了中国发明专利第200610053690.2号，名称为“移动机器人在未知环境中同时定位与地图构建的方法”。该专利公开了一种移动机器人在未知环境中同时定位与地图构建的方法，利用测距传感器获得的数据，构建局部线段特征地图和栅格地图，利用当前机器人位姿估计结果对局部地图进行坐标变换，从而更新全局特征地图和全局栅格地图。此类方法并未讨论WIFI地图的创建问题，所创建的地图也仅描述了环境几何与障碍物特征。