搜救机器人手臂辅助同时定位及构建环境地图系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种搜救机器人手臂辅助同时定位及构建环境地图系统及方法，其中，该系统包括：机器人本体，其上安装有机器人控制器、定位传感器模块、图像采集模块和机器人手臂，机器人手臂与手臂驱动机构相连，手臂驱动机构与机器人控制器相连，定位传感器模块和图像采集模块分别与机器人控制器相连；定位传感器模块实时检测指定目标的位置信息并传送至机器人控制器内，图像采集模块实时采集机器人周围的图像信息并传送至机器人控制器内；机器人控制器用于根据接收到的图像信息以及指定目标的位置信息进行点云匹配来构建出目标环境地图；机器人控制器用于根据构建出的目标环境地图来实时向手臂驱动机构输出脉冲信号来控制机器人手臂实现搜救工作。

Search and rescue robot arm assisted simultaneous positioning and construction environment map system and method

The invention discloses a rescue robot assisted simultaneous localization and map construction system and method, wherein, the system comprises a robot body, which is mounted on the robot controller, positioning sensor module, image acquisition module and the robot arm, the robot arm and the arm driving mechanism is connected with the controller of the robot arm drive mechanism, positioning the sensor module and image acquisition module is respectively connected with the robot controller; positioning sensor module, real-time detection of the specified target position information and transmits it to the robot controller, the robot around the real-time acquisition of image acquisition module of image information and transmits it to the controller of the robot; robot controller for point cloud matching to construct the target environment map according to the position information of the image information received and the specified target; The robot controller is used to control the robot arm and realize the search and rescue work in real time by outputting pulse signals to the arm drive mechanism according to the constructed target environment map.

【技术实现步骤摘要】
搜救机器人手臂辅助同时定位及构建环境地图系统及方法
本专利技术属于机器人领域，尤其涉及一种搜救机器人手臂辅助同时定位及构建环境地图系统及方法。
技术介绍
机器人(Robot)是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。搜救机器人，为救援而采取先进科学技术研制的机器人，如地震救援机器人，它是一种专门用于大地震后在地下商场的废墟中寻找幸存者执行救援任务的机器人。目前，在搜救机器人同时定位和构建环境地图(simultaneouslocalizationandmapping,SLAM)时，有危险的目标如爆炸物在构建的环境地图中未能作标记，这样易伤害搜救中的人员；在搜救和构建地图区域探索被困者和牺牲者过程中，多会忽略一些遮盖物，易使搜救人员未注意到牺牲者；在灾难现场搜救中，同时定位和构建地图所形成的环境地图缺少感知性。上述均为现有技术的不足之处。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种搜救机器人手臂辅助同时定位及构建环境地图系统，其具有同时定位和构建环境地图效果，解决了搜救机器人构建环境地图时的感知性问题。本专利技术的一种搜救机器人手臂辅助同时定位及构建环境地图系统，包括：机器人本体，所述机器人本体上安装有机器人控制器、定位传感器模块、图像采集模块和机器人手臂，所述机器人手臂与手臂驱动机构相连，所述手臂驱动机构与机器人控制器相连，所述定位传感器模块和图像采集模块分别与机器人控制器相连；所述定位传感器模块用于实时检测指定目标的位置信息并传送至机器人控制器内，所述图像采集模块还用于实时采集机器人周围的图像信息并传送至机器人控制器内；所述机器人控制器用于根据接收到的图像信息以及指定目标的位置信息进行点云匹配来构建出目标环境地图；所述机器人控制器用于根据构建出的目标环境地图来实时向手臂驱动机构输出脉冲信号来控制机器人手臂实现搜救工作。进一步的，所述定位传感器模块包括机器人前向定位声纳传感器、机器人后向定位声纳传感器、机器人激光测距仪和陀螺仪定位传感器。本专利技术通过机器人前向定位声纳传感器、机器人后向定位声纳传感器，其中，声纳传感器的原理为：声纳传感器发出一个声波信号，当遇到物体后会反射回来，依据反射时间及波型去计算它的距离及位置超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。声纳传感器能够准确检测物体的大小。进一步的，所述机器人手臂为多自由度手臂。多自由度手臂能够实现机器人手臂的多维度运动，使得机器人手臂更加灵活。进一步的，所述机器人控制器还与机器人工控机相连，所述机器人工控机与显示装置相连。机器人工控机用于实时接收机器人控制器输出的目标环境地图，进而在显示装置上实时显示。进一步的，所述机器人工控机还和云端服务器相连，所述云端服务器与远程监控终端相连。进一步的，所述机器人手臂的末端还安装末端执行器，所述末端执行器还与夹持器相连，所述末端执行器与机器人控制器相连。本专利技术利用末端执行器来实时调整夹持器的工作状态，实现救援和搜救工作。本专利技术还提供了一种搜救机器人手臂辅助同时定位及构建环境地图系统的工作方法。本专利技术的搜救机器人手臂辅助同时定位及构建环境地图系统的工作方法，包括：定位传感器模块和图像采集模块分别实时检测指定目标的位置信息和机器人周围的图像信息，并传送至机器人控制器内；机器人控制器根据接收到的图像信息以及指定目标的位置信息进行点云匹配来构建出目标环境地图；机器人控制器根据构建出的目标环境地图来实时向手臂驱动机构输出脉冲信号来控制机器人手臂实现搜救工作。进一步的，在机器人控制器内采用分布粒子滤波算法来同时定位和构建目标环境地图。进一步的，该方法还包括：机器人控制器将构建的目标环境地图输出至机器人工控机，在与机器人工控机相连的显示装置上实时显示。进一步的，该方法还包括：远程监控终端还通过云端服务器实时调取机器人工控机接收到的目标环境地图并进行远程实时监控。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术在搜救机器人构建环境地图过程中，将有危险的目标物标识于地图上，从而防止搜救人员受伤害；机器人手臂通过控制器作用将遮盖物翻动远离被困者和牺牲者的区域，防止搜救人员未发现搜救目标；搜救机器人在灾难现场探索时，同时定位和建图中所形成的地图更加精确和具备感知性，给搜救人员使用，防止恶劣灾难现场搜救中的人员伤害事故及被困者和牺牲者未被发现情况。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1是本专利技术的一种搜救机器人手臂辅助同时定位及构建环境地图系统结构示意图；图2是本专利技术的一种搜救机器人手臂辅助同时定位及构建环境地图流程图；图3是本专利技术的一种搜救机器人手臂控制流程；图4是本专利技术的一种搜救机器人手臂辅助同时定位及构建环境地图实验和仿真过程；图5是本专利技术的一种搜救机器人构建的环境地图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。图1是本专利技术的一种搜救机器人手臂辅助同时定位及构建环境地图系统结构示意图。如图1所示，本专利技术的一种搜救机器人手臂辅助同时定位及构建环境地图系统，包括：机器人本体，所述机器人本体上安装有机器人控制器、定位传感器模块、图像采集模块和机器人手臂，所述机器人手臂与手臂驱动机构相连，所述手臂驱动机构与机器人控制器相连，所述定位传感器模块和图像采集模块分别与机器人控制器相连；所述定位传感器模块用于实时检测指定目标的位置信息并传送至机器人控制器内，所述图像采集模块还用于实时采集机器人周围的图像信息并传送至机器人控制器内；所述机器人控制器用于根据接收到的图像信息以及指定目标的位置信息进行点云匹配来构建出目标环境地图；所述机器人控制器用于根据构建出的目标环境地图来实时向手臂驱动机构输出脉冲信号来控制机器人手臂实现搜救工作。其中，机器人本体可以为履带式机器人或轮式机器人。定位传感器模块包括机器人前向定位声纳传感器、机器人后向定位声纳传感器、机器人激光测距仪和陀螺仪定位传感器。本专利技术通过机器人前向定位声纳传感器、机器人后向定位声纳传感器，其中，声纳传感器的原理为：声纳传感器发出一个声波信号，当遇到物体后会反射回来，依据反射时间及波型去计算它的距离及位置超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。声纳传感器能够准确检测物体的大小。在本实施例中，机器人手臂为多自由度手臂。多自由度手臂能够实现机器人手臂的多维度运动，使得机器人手臂更加灵活。机器人控制器还与机器人工控机相连，所述机器人工控机与显示装置相连。机器人工控机用于实时接收机器人控制器输出的目标环境地图，进而在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种搜救机器人手臂辅助同时定位及构建环境地图系统，其特征在于，包括：机器人本体，所述机器人本体上安装有机器人控制器、定位传感器模块、图像采集模块和机器人手臂，所述机器人手臂与手臂驱动机构相连，所述手臂驱动机构与机器人控制器相连，所述定位传感器模块和图像采集模块分别与机器人控制器相连；所述定位传感器模块用于实时检测指定目标的位置信息并传送至机器人控制器内，所述图像采集模块还用于实时采集机器人周围的图像信息并传送至机器人控制器内；所述机器人控制器用于根据接收到的图像信息以及指定目标的位置信息进行点云匹配来构建出目标环境地图；所述机器人控制器用于根据构建出的目标环境地图来实时向手臂驱动机构输出脉冲信号来控制机器人手臂实现搜救工作。

【技术特征摘要】
1.一种搜救机器人手臂辅助同时定位及构建环境地图系统，其特征在于，包括：机器人本体，所述机器人本体上安装有机器人控制器、定位传感器模块、图像采集模块和机器人手臂，所述机器人手臂与手臂驱动机构相连，所述手臂驱动机构与机器人控制器相连，所述定位传感器模块和图像采集模块分别与机器人控制器相连；所述定位传感器模块用于实时检测指定目标的位置信息并传送至机器人控制器内，所述图像采集模块还用于实时采集机器人周围的图像信息并传送至机器人控制器内；所述机器人控制器用于根据接收到的图像信息以及指定目标的位置信息进行点云匹配来构建出目标环境地图；所述机器人控制器用于根据构建出的目标环境地图来实时向手臂驱动机构输出脉冲信号来控制机器人手臂实现搜救工作。2.如权利要求1所述的搜救机器人手臂辅助同时定位及构建环境地图系统，其特征在于，所述定位传感器模块包括机器人前向定位声纳传感器、机器人后向定位声纳传感器、机器人激光测距仪和陀螺仪定位传感器。3.如权利要求1所述的搜救机器人手臂辅助同时定位及构建环境地图系统，其特征在于，所述机器人手臂为多自由度手臂。4.如权利要求1所述的搜救机器人手臂辅助同时定位及构建环境地图系统，其特征在于，所述机器人控制器还与机器人工控机相连，所述机器人工控机与显示装置相连。5.如权利要求4所述的搜救机器人手臂辅助同时定位及构建环境地图系统，其特征在于，所述机器人工控机还...

【专利技术属性】
技术研发人员：张承进，王洪玲，宋勇，庞豹，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37