一种火面巡视器长距离安全移动和高效探测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种火面巡视器长距离安全移动和高效探测方法及装置，火面巡视器具有环境感知、盲走、自主避障移动、视觉测程移动模式和定点探测等工作模式。移动前，火面巡视器首先进行环境感知，地面规划导航目标点后，通过一次控制指令，在环境感知范围内进行盲走，在环境感知范围外进行自主避障移动，前后两次移动间再通过环境感知建立站点地图，解决复杂地形下，高速、安全的长距离移动问题。探测前，火面巡视器首先进行环境感知，地面明确感兴趣点后，通过一次控制指令，通过视觉测程精准移动到探测停泊点，随后开展定点探测，解决大范围探测地火信息交互频繁问题，提高探测效率。提高探测效率。

【技术实现步骤摘要】
一种火面巡视器长距离安全移动和高效探测方法及装置


[0001]本专利技术属于长距离移动和探测
，特别涉及一种火面巡视器长距离安全移动和高效探测方法及装置。

技术介绍

[0002]通过桅杆相机进行图像感知，在10m范围内，障碍高度识别精度约为5cm，考虑到巡视器越障能力为20cm，通常通过局部感知进行路径规划的最远距离不超过10m。此外，通过桅杆相机，进行两站点图像匹配，有效匹配的最远距离也为10m。因此，受限于环境感知能力，考虑路径规划的安全性，传统巡视器一次盲走距离不超过10m；考虑移动前后两个站点定位精度，获取巡视器(火星车)移动滑转率，从而能够发现车轮滑转下陷危险，即使采用自主避障移动模式，通常一次移动距离也不超过10m。综上，传统巡视器单次移动距离不能突破10m限制。
[0003]此外，传统的定点探测，由于受载荷设备探测距离的限制，无法实现远距离探测，通常采用先移动到探测停泊点，再进行环境感知，地面确认探测停泊点位置及探测点位置后，再进行探测，需要进行多次器地交互才能完成探测任务。
[0004]传统的移动和探测模式，需要进行多次器地交互，效率较低，在地火通信严重受限的情况下，火星表面巡视探测需要开展高效移动和高效探测方案设计。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术中的不足，本专利技术人进行了锐意研究，提供了一种火面巡视器长距离安全移动和高效探测方法及装置，火面巡视器具有环境感知、盲走、自主避障移动、视觉测程移动模式和定点探测等工作模式。移动前，火面巡视器首先进行环境感知，地面规划导航目标点后，通过一次控制指令，在环境感知范围内进行盲走，在环境感知范围外进行自主避障移动，前后两次移动间再通过环境感知建立站点地图，解决复杂地形下，高速、安全的长距离移动问题。探测前，火面巡视器首先进行环境感知，地面明确感兴趣点后，通过一次控制指令，通过视觉测程精准移动到探测停泊点，随后开展定点探测，解决大范围探测地火信息交互频繁问题，提高探测效率，从而完成本专利技术。
[0006]本专利技术提供的技术方案如下：
[0007]第一方面，一种火面巡视器运行方法，该火面巡视器预设环境感知、盲走、自主避障移动、视觉测程移动模式和定点探测模式；火面巡视器进行长距离安全移动工作，所述运行方法包括如下步骤：
[0008]在起始点通过导航相机图像采集完成环境感知，并将环境感知结果发送至地面；地面根据环境感知结果，确定第一阶段移动距离，规划安全行走阈值内的移动安全路径，形成第一目标点，同时在第一目标点外选择需要完成第一阶段移动距离的第二目标点，第三目标点，
…
，第N目标点，N≥2；
[0009]接收地面发送的基于路径规划的盲走指令、基于多目标点位置的自主避障移动指
令以及环境感知指令；
[0010]根据盲走指令，使火面巡视器按地面规划的移动安全路径进行安全行走阈值范围的盲走，移动至第一停止点；
[0011]在第一停止点通过导航相机图像采集完成环境感知，通过匹配初始点和第一停止点环境感知下的视场重合区图像，确定第一停止点相对起始点的位置、以及火面巡视器在盲走中的车轮滑转率；
[0012]根据自主避障移动指令，使火面巡视器自第一停止点处出发，通过基于移动至第二目标点的自主避障移动，按自主规划路径到达第二停止点，再基于环境感知下的图像匹配，确定火面巡视器在该段行走中的车轮滑转率；
[0013]重复第一停止点至第二停止点的自主避障移动过程及车轮滑转率测算，往复迭代，直到完成向最后目标点的自主避障移动过程；
[0014]在每段移动中，如果发现火面巡视器车轮滑转率异常，则及时停止火面巡视器移动。
[0015]进一步地，火面巡视器进行高效探测工作时，所述方法包括如下步骤：
[0016]在起始点通过导航相机图像采集完成环境感知，并将环境感知结果发送至地面；
[0017]地面根据环境感知结果，在安全行走阈值范围内搜寻感兴趣点，然后选择探测停泊点、规划探测路径及在探测停泊点对感兴趣点进行探测的探测策略；
[0018]接收地面发送的基于路径规划的探测路径视觉测程移动指令，以及定点探测指令；
[0019]根据探测路径视觉测程移动指令，使火面巡视器按视觉测程移动模式精确移动到探测停泊点位置；
[0020]根据定点探测指令，使火面巡视器开展定点探测。
[0021]进一步地，所述安全行走阈值为根据环境感知地面能够实现路径规划的最远距离和通过导航相机进行两目标点图像有效匹配以实施行走距离测距的最远距离中的较小值。
[0022]进一步地，所述第二目标点至第N目标点的相邻两目标点的间距，不大于安全行走阈值。
[0023]进一步地，所述车轮滑转率通过以下方式确定：
[0024][0025]式中，L
a
为通过图像匹配，获得的火面巡视器质心移动距离；
[0026]r为中轮半径，单位m；ω为中轮转速，单位为弧度/s；θ(t)为中轮车轮平面相对目标角度的夹角，单位为度，该参数随时间t变化；t0为中轮转动时间，单位为s。(以靠近车体形心的车轮(中轮)作为滑转率计算标准，能反应车体质心的滑转情况。)
[0027]进一步地，所述车轮滑转率≥20时，判断车轮滑转率异常。
[0028]进一步地，在探测的感兴趣点为多个时，则在第一个探测任务结束后，按视觉测程移动模式移动到下一个探测停泊点位置，之后按探测指令对下一个感兴趣点进行载荷探测，往复迭代，直到完成最后一个感兴趣点的载荷探测。
[0029]进一步地，所述定点探测允许误差应大于环境感知对探测停止点的定位误差+N次视觉测程移动误差。
[0030]第二方面，一种火面巡视器的火面运行装置，该火面巡视器具有环境感知、盲走、自主避障移动、视觉测程移动模式和定点探测模式；火面巡视器进行长距离安全移动工作，所述火面运行装置在起始点通过导航相机图像采集完成环境感知，并将环境感知结果发送至地面，使地面根据环境感知结果，确定第一阶段移动距离，规划安全行走阈值内的移动安全路径，形成第一目标点，同时在第一目标点外选择需要完成第一阶段移动距离的第二目标点，第三目标点，
…
，第N目标点，N≥2；
[0031]接收地面发送的基于路径规划的盲走指令、基于多目标点位置的自主避障移动指令以及环境感知指令；
[0032]根据盲走指令，使火面巡视器按地面规划的移动安全路径进行安全行走阈值范围的盲走，移动至第一停止点；
[0033]在第一停止点通过导航相机图像采集完成环境感知，通过匹配初始点和第一停止点环境感知下的视场重合区图像，确定第一停止点相对起始点的位置，从而确定火面巡视器在盲走中的车轮滑转率；
[0034]根据自主避障移动指令，使火面巡视器自第一停止点处出发，通过基于移动至第二目标点的自主避障移动，按自主规划路径到达第二停止点，再基于环境感知下的图像匹配，确定火面巡视器在该段行走中的车轮滑转率；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种火面巡视器运行方法，其特征在于，该火面巡视器预设环境感知、盲走、自主避障移动、视觉测程移动模式和定点探测模式；火面巡视器进行长距离安全移动工作，所述运行方法包括如下步骤：在起始点通过导航相机图像采集完成环境感知，并将环境感知结果发送至地面；地面根据环境感知结果，确定第一阶段移动距离，规划安全行走阈值内的移动安全路径，形成第一目标点，同时在第一目标点外选择需要完成第一阶段移动距离的第二目标点，第三目标点，
…
，第N目标点，N≥2；接收地面发送的基于路径规划的盲走指令、基于多目标点位置的自主避障移动指令以及环境感知指令；根据盲走指令，使火面巡视器按地面规划的移动安全路径进行安全行走阈值范围的盲走，移动至第一停止点；在第一停止点通过导航相机图像采集完成环境感知，通过匹配初始点和第一停止点环境感知下的视场重合区图像，确定第一停止点相对起始点的位置、以及火面巡视器在盲走中的车轮滑转率；根据自主避障移动指令，使火面巡视器自第一停止点处出发，通过基于移动至第二目标点的自主避障移动，按自主规划路径到达第二停止点，再基于环境感知下的图像匹配，确定火面巡视器在该段行走中的车轮滑转率；重复第一停止点至第二停止点的自主避障移动过程及车轮滑转率测算，往复迭代，直到完成向最后目标点的自主避障移动过程；在每段移动中，如果发现火面巡视器车轮滑转率异常，则及时停止火面巡视器的移动。2.根据权利要求1所述的火面巡视器运行方法，其特征在于，火面巡视器进行高效探测工作时，所述方法包括如下步骤：在起始点通过导航相机图像采集完成环境感知，并将环境感知结果发送至地面；地面根据环境感知结果，在安全行走阈值范围内搜寻感兴趣点，然后选择探测停泊点、规划探测路径及在探测停泊点对感兴趣点进行探测的探测策略；接收地面发送的基于路径规划的探测路径视觉测程移动指令，以及定点探测指令；根据探测路径视觉测程移动指令，使火面巡视器按视觉测程移动模式精确移动到探测停泊点位置；根据定点探测指令，使火面巡视器开展定点探测。3.根据权利要求1或2所述的火面巡视器运行方法，其特征在于，所述安全行走阈值为根据环境感知地面能够实现路径规划的最远距离和通过导航相机进行两目标点图像有效匹配以实施行走距离测距的最远距离中的较小值。4.根据权利要求1所述的火面巡视器运行方法，其特征在于，所述第二目标点至第N目标点的相邻两目标点的间距，不大于安全行走阈值。5.根据权利要求1所述的火面巡视器运行方法，其特征在于，所述车轮滑转率通过以下方式确定：
式中，L
a
为通过图像匹配，获得的火面巡视器质心移动距离；r为中轮半径，单位m；ω为中轮转速，单位为弧度/s；θ(t)为中轮车轮平面相对目标...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈百超，孙泽洲，陶灼，温博，李志平，王连国，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：