CN106774318A - 多智能体交互式环境感知与路径规划运动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多智能体交互式环境感知与路径规划运动系统，具体包括：数据整合主机、多个智能小车；数据整合主机包括：数据处理单元、第一无线传输模块、第一数据存储模块；智能小车包括：小车主体、动力系统、处理模块、定位模块、数据采集装置、第二无线传输模块、第二数据存储模块。本发明借助数据整合主机以及多个智能小车协同合作，多个智能小车采用摄像头、红外传感器、超声波传感器对未知区域进行检测，数据整合主机结合多个智能小车的检测结果建立实时全局模拟地图，合理安排智能小车检测路径，避免出现重复检测；本发明可自行对未知区域进行检测，无需工作人员协助，节省工作时间，提高工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及未知区域检测技术领域，尤其涉及一种多智能体交互式环境感知与路径规划运动系统。
背景技术
在现有的智能小车等具有移动功能的智能设备中，多具备动力系统，以支持自身进行移动；但多需使用者利用遥控器等远程控制设备对具有移动功能的智能设备进行远程控制，以应对周围环境以及事物对其在行动上的影响。
而在对未知区域进行检测时，则需要在智能小车配备图像获取装置，并在遥控器上设置图像显示装置，工作人员借助图像显示装置了解智能小车周围的环境，引导智能小车对未知区域进行检测；
传统的未知区域检测方式，智能小车的自主性较差，主要承担检测任务，无法根据自身的检测结果进行路径规划，无法自主进行移动，进行下一阶段的检测。
发明内容
针对上述现有技术中的不足之处，本发明的目的在于提供一种多智能体交互式环境感知与路径规划运动系统。
本发明的上述目的是通过以下技术方案予以实现的。
一种多智能体交互式环境感知与路径规划运动系统，具体包括：数据整合主机、多个智能小车；
所述数据整合主机包括：数据处理单元、第一无线传输模块、第一数据存储模块；
所述数据处理单元分别与所述第一无线传输模块、所述第一数据存储模块连接；
所述智能小车包括：小车主体、动力系统、处理模块、定位模块、数据采集装置、第二无线传输模块、第二数据存储模块；
所述数据采集装置包括：用于采集周围环境视频图像的摄像头、用于采集周围环境红外热成像的红外传感器、用于检测周围环境物体运动状态进行检测的超声波传感器；
所述动力系统包括：启动开关、动力电机、主动轮、转向轮、充电电池；
所述启动开关、所述动力电机、所述主动轮、所述转向轮、所述充电电池、所述处理模块、所述定位模块、所述摄像头、所述红外传感器、所述超声波传感器、所述第二无线传输模块、所述第二数据存储模块均设置在所述小车主体上；
所述处理模块分别与所述启动开关、所述动力电机、所述主动轮、所述转向轮、所述充电电池、所述定位模块、所述摄像头、所述红外传感器、所述超声波传感器、第二无线传输模块、第二数据存储模块连接；
所述充电电池分别与所述启动开关、所述动力电机、所述主动轮、所述转向轮、所述充电电池、所述定位模块、所述数据采集装置、所述第二无线传输模块、所述第二数据存储模块连接；
所述第一无线传输模块与所述第二无线传输模块无线连接。
本发明利用多个所述智能小车共同对未知区域进行检测，并将检测数据发送给所述数据整合主机，由所述数据整合主机将所述检测数据进行整合，并共享给多个所述智能小车，多个所述智能小车根据自身位置信息以及所述检测数据进行路径规划，从而进行自主移动并进行下一步检测；所述数据整合主机的数据处理单元用于处理所述检测数据，进行整合，所述第一无线传输模块用于与所述第二无线传输模块进行数据传输，所述第一数据存储模块用于进行数据存储，以便后期提取；所述小车主体作为所述智能小车的主体结构，可根据需要安装所需的部件；所述启动开关作为所述智能小车的总开关，所述动力电机、所述主动轮、所述转向轮配合使用，为所述智能小车的提供移动能力，所述充电电池为所述智能小车的正常运作提供电力支持，所述处理模块为数据处理提供硬件支持，所述定位模块用于检测所述智能小车自身的位置信息，所述摄像头用于采集周围环境视频图像，所述红外传感器用于采集周围环境红外热成像，所述超声波传感器用于检测周围环境物体运动状态进行检测，第二无线传输模块用于与所述第一无线传输模块进行数据传输，所述第二数据存储模块用于存储所述摄像头、所述红外传感器、所述超声波传感器采集的数据以及所述智能小车的运动记录以做后续操作。
具体地，所述摄像头对周围环境进行检测，获得视频图像数据，所述处理模块根据所述视频图像数据计算出周围环境的物体与所述智能小车的相对距离；所述红外传感器对周围环境进行检测，获得红外热成像数据，所述处理模块根据所述红外热成像数据对周围环境的物体进行区分，区分出生命体以及非生命体；所述超声波传感器对所述生命体以及所述非生命体进行检测，识别出所述非生命体的具体形态，识别出所述生命体的运动状态；所述定位模块对所述智能小车的方位进行定位，获得小车实时位置信息；所述处理模块结合所述相对距离、所述具体形态、所述运动状态、所述小车实时位置信息对周围环境进行实时地图模拟，获得实时模拟地图，并将所述实时模拟地图通过所述第二无线传输模块发送给所述第一无线传输模块，进而发送给所述数据处理单元；
所述摄像头、所述红外传感器、所述超声波传感器分步对周围环境进行检测，所述摄像头进行初步检测，所述处理模块可获得所述相对距离，所述红外传感器与所述所述处理模块配合使用，对周围环境的生命体以及非生命体进行区分，所述超声波传感器与所述所述处理模块配合使用，检测所述非生命体的具体形态，检测所述生命体的运动状态，通过多个检测装置分步检测能够使得检测结果更为准确，不会出现偏差。
具体地，所述数据处理单元根据多个所述智能小车的所述处理模块传来的所述实时模拟地图，获得实时全局模拟地图，并将所述实时全局模拟地图反馈给多个所述智能小车的所述处理模块；
所述处理模块根据所述实时全局模拟地图对所述智能小车进行实时路径规划，具体用到SLAM技术，也称作即时定位与地图构建技术，所述智能小车在未知环境中从一个未知位置开始移动，在移动过程中根据位置估计和地图进行自身定位，待自身定位完成后，在自身定位的基础上建造增量式地图，实现所述智能小车自主定位和导航；自身定位即对所述智能小车的初始位置，并对所述初始位置进行记录；利用多传感器对周围环境以及环境中的静止的物体、移动的物体进行探测，获得其相对所述初始位置的相对位置以及相对移动状态，最后结合所述初始位置、所述相对位置以及所述相对移动状态建立即时地图，从而为后续进行符合所述实时路径规划移动提供数据基础；
所述智能小车同时对周围环境进行实时检测以及进行所述实时路径规划，并将检测数据以及所述实时路径规划发送给所述数据处理单元，完成对未知环境的感知；
通过所述实时全局模拟地图，所述智能小车获得自身周围环境的信息以及附近其他所述智能小车的位置信息以及工作情况，从而依据当前的环境情况进行路径规划，向未检测区域进行移动，避免多个所述智能小车对同一区域重复检测。
具体地，所述运动状态包括：运动方向、运动速度、运动加速度；
所述运动方向、所述运动速度用于描述当前状态，所述运动加速度用于描述运动趋势，为预测下一时刻的状态提供基础。
优选地，所述摄像头为全景摄像头；
利用全景摄像头能够从多个方向对所述周围环境进行监控，从而获取多方向的视频图像，提供了较完整的数据基础。
进一步地，所述摄像头的摄像端设置有红外补光装置。
优选地，所述启动开关、所述动力电机、所述主动轮、所述转向轮、所述充电电池、所述处理模块、所述定位模块均设置在所述小车主体的底部；
所述启动开关、所述动力电机、所述主动轮、所述转向轮、所述充电电池、所述处理模块、所述定位模块借助所述小车主体的底部来进行保护，不会与周围物体发生碰撞。
具体地，智能小车包括两个所述主动轮、两个所述转向轮；两个所述主动轮并排设置在所述小车主体的底部的一侧，两个所述转向轮并排设置在所述小车主体的底部的另一侧。
具体地，所述小车主体的侧壁上设置有多个所述红外传感器、多个所述超声波传感器；多个所述红外传感器协同合作，从所述小车主体的前后左右四个方向进行检测；多个所述超声波传感器协同合作，从所述小车主体的前后左右四个方向进行检测。
进一步地，所述摄像头通过升降杆设置在所述小车主体的顶部。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：提供了一种多智能体交互式环境感知与路径规划运动系统，借助数据整合主机以及多个智能小车协同合作，多个智能小车采用摄像头、红外传感器、超声波传感器对未知区域进行检测，数据整合主机结合多个智能小车的检测结果建立实时全局模拟地图，合理安排智能小车检测路径，避免出现重复检测；本发明可自行对未知区域进行检测，无需工作人员协助，节省工作时间，提高工作效率。
附图说明
图1为实施例1的多智能体交互式环境感知与路径规划运动系统的结构示意图。
图2为实施例1的智能小车的结构示意图。
图3为实施例2的智能小车的仰视图。
图4为实施例2的智能小车的俯视图。
图中：1、数据整合主机；101、数据处理单元；102、第一无线传输模块；103、第一数据存储模块；2、智能小车；201、小车主体；202、动力系统；2021、启动开关；2022、动力电机；2023、主动轮；2024、转向轮；2025、充电电池；203、处理模块；204、定位模块；205、数据采集装置；2051、摄像头；2052、红外传感器；2053、超声波传感器；206、第二无线传输模块；207、第二数据存储模块。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
实施例1
如图1、2所示，一种多智能体交互式环境感知与路径规划运动系统，具体包括：数据整合主机1、多个智能小车2；数据整合主机1包括：数据处理单元101、第一无线传输模块102、第一数据存储模块103；数据处理单元101分别与第一无线传输模块102、第一数据存储模块103连接；智能小车2包括：小车主体201、动力系统202、处理模块203、定位模块204、数据采集装置205、第二无线传输模块206、第二数据存储模块207；数据采集装置205包括：用于采集周围环境视频图像的摄像头2051、用于采集周围环境红外热成像的红外传感器2052、用于检测周围环境物体运动状态进行检测的超声波传感器2053；动力系统202包括：启动开关2021、动力电机2022、主动轮2023、转向轮2024、充电电池2025；启动开关2021、动力电机2022、主动轮2023、转向轮2024、充电电池2025、处理模块203、定位模块204、摄像头2051、红外传感器2052、超声波传感器2053、第二无线传输模块206、第二数据存储模块207均设置在小车主体201上；处理模块203分别与启动开关2021、动力电机2022、主动轮2023、转向轮2024、充电电池2025、定位模块204、摄像头2051、红外传感器2052、超声波传感器2053、第二无线传输模块206、第二数据存储模块207连接；充电电池2025分别与启动开关2021、动力电机2022、主动轮2023、转向轮2024、充电电池2025、定位模块204、数据采集装置205、第二无线传输模块206、第二数据存储模块207连接；第一无线传输模块102与第二无线传输模块206无线连接。
本发明利用多个智能小车2共同对未知区域进行检测，并将检测数据发送给数据整合主机1，由数据整合主机1将检测数据进行整合，并共享给多个智能小车2，多个智能小车2根据自身位置信息以及检测数据进行路径规划，从而进行自主移动并进行下一步检测；数据整合主机1的数据处理单元101用于处理检测数据，进行整合，第一无线传输模块102用于与第二无线传输模块206进行数据传输，第一数据存储模块103用于进行数据存储，以便后期提取；小车主体201作为智能小车2的主体结构，可根据需要安装所需的部件；启动开关2021作为智能小车2的总开关，动力电机2022、主动轮2023、转向轮2024配合使用，为智能小车2的提供移动能力，充电电池2025为智能小车2的正常运作提供电力支持，处理模块203为数据处理提供硬件支持，定位模块204用于检测智能小车2自身的位置信息，摄像头2051用于采集周围环境视频图像，红外传感器2052用于采集周围环境红外热成像，超声波传感器2053用于检测周围环境物体运动状态进行检测，第二无线传输模块206用于与第一无线传输模块102进行数据传输，第二数据存储模块207用于存储摄像头2051、红外传感器2052、超声波传感器2053采集的数据以及智能小车2的运动记录以做后续操作。
本实施例中，摄像头2051对周围环境进行检测，获得视频图像数据，处理模块203根据视频图像数据计算出周围环境的物体与智能小车2的相对距离；红外传感器2052对周围环境进行检测，获得红外热成像数据，处理模块203根据红外热成像数据对周围环境的物体进行区分，区分出生命体以及非生命体；超声波传感器2053对生命体以及非生命体进行检测，识别出非生命体的具体形态，识别出生命体的运动状态；定位模块204对智能小车2的方位进行定位，获得小车实时位置信息；处理模块203结合相对距离、具体形态、运动状态、小车实时位置信息对周围环境进行实时地图模拟，获得实时模拟地图，并将实时模拟地图通过第二无线传输模块206发送给第一无线传输模块102，进而发送给数据处理单元101；
实际操作过程中，摄像头2051、红外传感器2052、超声波传感器2053分步对周围环境进行检测，摄像头2051对周围环境进行初步检测，处理模块203能够从采集的视频图像数据计算出周围环境的物体与智能小车2的相对位置，再结合智能小车2自身的定位模块204获得的小车实时位置信息，能够计算出周围环境的物体的大概方位，红外传感器2052获得红外热成像数据，借助红外热成像数据，处理模块203能够对周围环境的生命体以及非生命体进行区分，超声波传感器2053对生命体以及非生命体进行检测，通过超声波传感器2053的检测，处理模块203能够能够计算出非生命体的具体形态，生命体的运动状态，通过多个检测装置分步检测能够使得检测结果更为准确，不会出现偏差。
本实施例中，数据处理单元101根据多个智能小车2的处理模块203传来的实时模拟地图，获得实时全局模拟地图，并将实时全局模拟地图反馈给多个智能小车2的处理模块203；处理模块203根据实时全局模拟地图对智能小车2进行实时路径规划，具体用到SLAM技术，也称作即时定位与地图构建技术，智能小车2在未知环境中从一个未知位置开始移动，在移动过程中根据位置估计和地图进行自身定位，待自身定位完成后，在自身定位的基础上建造增量式地图，实现智能小车2自主定位和导航；自身定位即对智能小车2的初始位置，并对初始位置进行记录；利用多传感器对周围环境以及环境中的静止的物体、移动的物体进行探测，获得其相对初始位置的相对位置以及相对移动状态，最后结合初始位置、相对位置以及相对移动状态建立即时地图，从而为后续进行符合实时路径规划移动提供数据基础；并进行符合实时路径规划的移动；智能小车2同时对周围环境进行实时检测以及进行实时路径规划，并将检测数据以及实时路径规划发送给数据处理单元101，完成对未知环境的感知；
实际操作过程中，从单个智能小车2而言，每个智能小车2一方面能够获得自身的位置信息，另一方面能够检测其自身周围环境的情况，获得其自身的实时模拟地图；而数据处理单元101根据多个智能小车2的处理模块203传来的实时模拟地图，获得实时全局模拟地图，通过实时全局模拟地图，智能小车2获得自身周围环境的信息以及附近其他智能小车2的位置信息以及工作情况，从而依据当前的实时全局模拟地图进行路径规划，向所有智能小车2均未检测区域进行移动，避免多个智能小车2对同一区域重复检测，逐步对所有未检测区域进行检测，最终获得完整的全局模拟地图。
本实施例中，运动状态包括：运动方向、运动速度、运动加速度；运动方向、运动速度用于描述当前状态，运动加速度用于描述运动趋势，为预测下一时刻的状态提供基础。
本实施例中，摄像头2051为全景摄像头；利用全景摄像头能够从多个方向对周围环境进行监控，从而获取多方向的视频图像，为路径规划提供了较完整的数据基础。
本实施例中，摄像头2051的摄像端设置有红外补光装置，在实际操作过程中，光线往往会对摄像头2051的拍摄效果造成较大影响，而红外补光装置在周围环境光线不足的情况下，在摄像头2051的摄像端进行一定程度的补光操作，以便摄像头2051获得较清晰的图像。以便后期数据处理获得准确的结果。
本实施例中，摄像头2051通过升降杆设置在小车主体201的顶部；通过配设升降杆来改变摄像头2051的拍摄高度，当升降杆伸长时，摄像头2051的拍摄高度升高，即可获取较远的拍摄范围，从而获得较多视频信息，为后期数据处理提供更完备的数据基础；当不使用时，收起升降杆，此时摄像头2051的高度降低，能够得到一定的保护，避免与周围物体发生碰撞。
实施例2
如图3、4所示，本实施例提供一种多智能体交互式环境感知与路径规划运动系统，与实施例1的区别在于，启动开关2021、动力电机2022、主动轮2023、转向轮2024、充电电池2025、处理模块203、定位模块204均设置在小车主体201的底部；
借助小车主体201的底部来对启动开关2021、动力电机2022、主动轮2023、转向轮2024、充电电池2025、处理模块203、定位模块204进行保护，
具体安装在底部时，还应与小车主体201的底部的边缘保持一定的安全距离，这样不会轻易与周围物体发生碰撞，能够从顶部以及四周对启动开关2021、动力电机2022、主动轮2023、转向轮2024、充电电池2025、处理模块203、定位模块204进行保护；
实际安装过程中，可根据各个部件自身的重量进行合理分配，以保证智能小车2的正常
行驶。
本实施例中，智能小车2包括两个主动轮2023、两个转向轮2024；两个主动轮2023并排设置在小车主体201的底部的一侧，两个转向轮2024并排设置在小车主体201的底部的另一侧；
具体操作时，可根据智能小车2的自身重量分布来选择合适的安装方式，可以将两个主动轮2023并排安装在小车主体201的底部的前端，将两转向轮2024并排安装在小车主体201的底部的后端；也可以将可以将两个并排安装在小车主体201的底部的前端，将两个主动轮2023并排安装在小车主体201的底部的后端。
本实施例中，小车主体201的侧壁上设置有多个红外传感器2052、多个超声波传感器2053；多个红外传感器2052协同合作，从小车主体201的前后左右四个方向进行检测；多个超声波传感器2053协同合作，从小车主体201的前后左右四个方向进行检测；
优选地，可将单个红外传感器2052与单个超声波传感器2053组成一个传感综合组件，将多个传感综合组件均匀分布在小车主体201的侧壁上，以便从不同的方向获取检测数据，从而保证检测的精准。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。
Claims (10)
1.一种多智能体交互式环境感知与路径规划运动系统，其特征在于，包括：数据整合主机、多个智能小车；
所述数据整合主机包括：数据处理单元、第一无线传输模块、第一数据存储模块；
所述数据处理单元分别与所述第一无线传输模块、所述第一数据存储模块连接；
所述智能小车包括：小车主体、动力系统、处理模块、定位模块、数据采集装置、第二无线传输模块、第二数据存储模块；
所述数据采集装置包括：用于采集周围环境视频图像的摄像头、用于采集周围环境红外热成像的红外传感器、用于检测周围环境物体运动状态进行检测的超声波传感器；
所述动力系统包括：启动开关、动力电机、主动轮、转向轮、充电电池；
所述启动开关、所述动力电机、所述主动轮、所述转向轮、所述充电电池、所述处理模块、所述定位模块、所述摄像头、所述红外传感器、所述超声波传感器、所述第二无线传输模块、所述第二数据存储模块均设置在所述小车主体上；
所述处理模块分别与所述启动开关、所述动力电机、所述主动轮、所述转向轮、所述充电电池、所述定位模块、所述摄像头、所述红外传感器、所述超声波传感器、第二无线传输模块、第二数据存储模块连接；
所述充电电池分别与所述启动开关、所述动力电机、所述主动轮、所述转向轮、所述充电电池、所述定位模块、所述数据采集装置、所述第二无线传输模块、所述第二数据存储模块连接；
所述第一无线传输模块与所述第二无线传输模块无线连接。
2.根据权利要求1所述的多智能体交互式环境感知与路径规划运动系统，其特征在于，所述摄像头对周围环境进行检测，获得视频图像数据，所述处理模块根据所述视频图像数据计算出周围环境的物体与所述智能小车的相对距离；
所述红外传感器对周围环境进行检测，获得红外热成像数据，所述处理模块根据所述红外热成像数据对周围环境的物体进行区分，区分出生命体以及非生命体；
所述超声波传感器对所述生命体以及所述非生命体进行检测，识别出所述非生命体的具体形态，识别出所述生命体的运动状态；
所述定位模块对所述智能小车的方位进行定位，获得小车实时位置信息；
所述处理模块结合所述相对距离、所述具体形态、所述运动状态、所述小车实时位置信息对周围环境进行实时地图模拟，获得实时模拟地图，并将所述实时模拟地图通过所述第二无线传输模块发送给所述第一无线传输模块，进而发送给所述数据处理单元。
3.根据权利要求2所述的多智能体交互式环境感知与路径规划运动系统，其特征在于，所述数据处理单元根据多个所述智能小车的所述处理模块传来的所述实时模拟地图，获得实时全局模拟地图，并将所述实时全局模拟地图反馈给多个所述智能小车的所述处理模块；
所述处理模块根据所述实时全局模拟地图对所述智能小车进行实时路径规划，并进行符合所述实时路径规划的移动；
所述智能小车同时对周围环境进行实时检测以及进行所述实时路径规划，并将检测数据以及所述实时路径规划发送给所述数据处理单元，完成对未知环境的感知。
4.根据权利要求2所述的多智能体交互式环境感知与路径规划运动系统，其特征在于，所述运动状态包括：运动方向、运动速度、运动加速度。
5.根据权利要求1所述的多智能体交互式环境感知与路径规划运动系统，其特征在于，所述摄像头为全景摄像头。
6.根据权利要求1所述的多智能体交互式环境感知与路径规划运动系统，其特征在于，所述摄像头的摄像端设置有红外补光装置。
7.根据权利要求1所述的多智能体交互式环境感知与路径规划运动系统，其特征在于，所述启动开关、所述动力电机、所述主动轮、所述转向轮、所述充电电池、所述处理模块、所述定位模块均设置在所述小车主体的底部。
8.根据权利要求7所述的多智能体交互式环境感知与路径规划运动系统，其特征在于，智能小车包括两个所述主动轮、两个所述转向轮；两个所述主动轮并排设置在所述小车主体的底部的一侧，两个所述转向轮并排设置在所述小车主体的底部的另一侧。
9.根据权利要求7所述的多智能体交互式环境感知与路径规划运动系统，其特征在于，所述小车主体的侧壁上设置有多个所述红外传感器、多个所述超声波传感器；多个所述红外传感器协同合作，从所述小车主体的前后左右四个方向进行检测；多个所述超声波传感器协同合作，从所述小车主体的前后左右四个方向进行检测。
10.根据权利要求1所述的多智能体交互式环境感知与路径规划运动系统，其特征在于，所述摄像头通过升降杆设置在所述小车主体的顶部。
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