【技术实现步骤摘要】
室外多机器人协同作业系统及其方法
本专利技术属于智能机器人领域，具体涉及一种室外多机器人协同作业系统。
技术介绍
随着机器人技术的快速发展，机器人领域有着向集群化、协同作业方向发展的趋势。随着作业任务的日益复杂化，单个机器人往往在信息获取、实时处理以及作业范围等方面能力极为有限，在某些场合下难以达到作业要求；另外，相比智能化程度较高、较昂贵的单个机器人，利用多个廉价机器人可能更容易也更经济地完成作业任务。由于多机器人协同完成任务的优势，人们对它越来越重视，它在各个领域的应用也越来越广泛，比如灾后搜救、自动化生产线、海洋和太空探索、军事等。多机器人协同作业系统涉及多机器人路径规划技术、多机器人通信技术、多机器人协同控制技术等多项关键技术，目前多机器人协同作业系统研究难点主要集中在路径规划和任务分配方面。现有多机器人协同路径规划方法主要有：人工势场法、分布式控制法、粒子群算法、协同进化基因算法法等。人工势场法实时控制优秀，但是势场函数构建复杂，求解需要用有限差分法求解偏微分方程的极值问题，计算量大求解复杂，而且容易陷入局...
【技术保护点】
1.一种室外多机器人协同作业系统，其特征在于包括总控制后台和移动机器人群，总控制后台包括通信模块、显示装置以及服务器；移动机器人群基于主从结构，由一个主机器人和至少一个从机器人组成，主机器人和从机器人均配备导航定位模块、运动控制模块、传感器、通信模块及主控模块；/n所述运动控制模块由运动控制板、直行电机和转向电机组成，其中运动控制板下发指令控制直行电机和转向电机运行状态，并接收避障传感器数据、主控模块指令及上传传感器数据；/n各通信模块由无线AP和天线组成，移动机器人群与总控制后台通过无线AP组网通信；/n传感器模块包括避障传感器、温湿度传感器及防跌落传感器，实时将检测数据...
【技术特征摘要】
1.一种室外多机器人协同作业系统，其特征在于包括总控制后台和移动机器人群，总控制后台包括通信模块、显示装置以及服务器；移动机器人群基于主从结构，由一个主机器人和至少一个从机器人组成，主机器人和从机器人均配备导航定位模块、运动控制模块、传感器、通信模块及主控模块；
所述运动控制模块由运动控制板、直行电机和转向电机组成，其中运动控制板下发指令控制直行电机和转向电机运行状态，并接收避障传感器数据、主控模块指令及上传传感器数据；
各通信模块由无线AP和天线组成，移动机器人群与总控制后台通过无线AP组网通信；
传感器模块包括避障传感器、温湿度传感器及防跌落传感器，实时将检测数据发送给运动控制板；
导航定位模块为激光雷达环境感知传感器及cartographer算法软件功能包，其中从机器人配备普通激光雷达环境感知传感器，主机器人配备高精度的激光雷达环境感知传感器；
主控模块为工控机，接收运动控制板上传的传感器数据及发送指令，接收激光雷达环境传感器数据，实现构建环境地图、导航定位及子层路径规划功能。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述的主机器人中：
主机器人利用高精度激光雷达环境感知传感器感扫描周围环境信息，主控模块接收激光雷达数据使用cartographer算法构建工作场景栅格地图，通过通信模块发送给总控制后台服务器；
通过主机器人的导航定位模块和通信模块向总控制后台发送实时位置信息；
利用主机器人的主控模块处理导航定位模块返回位姿信息，规划自身到任务点的子层路径方案，发送给总控制后台服务器；
主控模块接收总控制后台规划的主层路径规划方案，按总控制后台指令执行任务；
利用主机器人的主控模块处理避障传感器返回信息，实现运行过程中避障、越障功能。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述的从机器人中：
利用从机器人的通信模块接收总控制后台发送的工作场景地图；
通过从机器人的导航定位模块和通信模块向总控制后台发送实时位置信息；
利用从机器人的主控模块处理导航定位模块返回信息，主控模块规划自身的子层路径规划方案，发送给总控制后台服务器；
主控模块接收总控制后台规划的主层路径规划方案，按指令执行任务；
利用从机器人的主控模块处理避障传感器返回信息，实现运行过程中避障、越障功能。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述的总控制后台中：
利用通信模块实时与移动机器人群数据交换，接收主机器人构建的环境地图信息和移动机器人群的位置信息；
为任务点设置等级为一级任务点和二级任务点，并在环境地图上标记；
服务器根据移动机器人群的子层路径规划方案，通过主层路径规划算法，调整组合成总体优化方案，通过通信模块下发给移动机器人群；
移动机器人群不能自主完成任务时，远程遥控移动机器人群；
实时显示移动机器人运行状态，判断是否存在故障，是否脱离工作状态，若是则发出声光报警。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于主机器人具有高精度的激光雷达环境感知传感器，在从机器人中选择一台配置与主机器人相同的高精度的激光雷达环境感知传感器作为备份，当主机器人不能正常工作时，该从机器人接收总控制后台指令，成为主机器人；
所述任务点位置为移动机器人群作业目标所处坐标，对其进行标定，任务点等级为一级任务点和二级任务点，一级任务点为单一移动机器人可独立作业完成的目标，二级任务点为需要两台及以上的移动机器人协同作业完成的目标。
6.一种室外多机器人协同作业方法，其特征在于步骤如下：
第一步，构建环境地图，移动机器人群投放到工作环境中后，总控制后台远程遥控主机器人探测环境信息，通过高精度激光雷达扫描构建栅格环境地图；
第二步，标记任务点，总控制后台在构建的栅格环境地图上标记不同等级任务点，得到任务点的坐标；
第三步，任务分配，总控制后台服务器上采用基于图论和遗传算法的任务分配算法，根据第Ti任务点坐标(Xoi，Yoi)等级L及第Mi个移动机器人群坐标(xi，yi)，先用基于二分图的KM方法得到迭代初始值，再通过遗传算法进行迭代得到最小代价方案；
第四步，路径规划，根据上一步骤任务分配的结果，先由单个移动机器人主控模块进行子层路径规划，再由总控制后台服务器进行主层路径规划，得到总体最小代价路径方案，主从机器人按照总体最小代价路径方案协同作业。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于构建完成环境地图之后，移动机器人群获得自身位姿信息步骤如下：
第一步，粒子初始化，随机设置N个样本点，每个样本的权值相等w0i＝1/N，得到初始粒子集合
第二步，粒子采样，将机器人的运动模型作为提议分布，在该分布中由上一代粒子集合Sk-1产生新的粒子集合，即对每个粒子通过运动模型进行位姿推算，此时
第三步，权值计算，利用激光雷达的观测值zk，对样本集合Sk中的每个粒子更新权值，其权值为实际分布与提议分布的比值可以通过传感器的似然模型得到；
第四步，重采样，按照粒子的权值进行重采样，权值大的粒子代表了更大的可能性，重采样时便会增加，经过重采样后粒子的权值
第五步，位姿估计，根据k时刻的粒子集，计...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭健，朱佳森，钱耀球，吕思聪，邹克宁，何明明，高天山，
申请(专利权)人：南京理工大学，宝时得科技中国有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。