煤矿井下水泵房巡检机器人SLAM建图、自主导航方法与流程

技术特征：
1.一种煤矿井下水泵房巡检机器人slam建图、自主导航方法，其特征在于，所述煤矿井下水泵房巡检机器人slam建图、自主导航方法包括：建立基于kinect机器视觉的地形感知系统，识别巡检机器人行进方向上的障碍物；建立崎岖地面路径长度以及机器人通过路面时危险等级为指标的运动规划模型，规划起点与终点的最短路径；采用迭代最小二乘方法对里程计进行标定，同时使用图优化的方式在机器人的位姿、自然特征以及人工特征之间建立约束，对地图进行全局优化，得到全局一致性的地图；通过slam建图和导航算法利用煤矿井下巡检机器人在无人控制，无轨道、线缆和gps辅助的情况下对水泵房设备进行巡检。2.如权利要求1所述煤矿井下水泵房巡检机器人slam建图、自主导航方法，其特征在于，所述煤矿井下水泵房巡检机器人slam建图、自主导航方法还包括：进行水泵房巡检机器人平台运动学和动力学分析，进行地形感知，并对激光雷达数据的预处理，进行slam建图和导航算法的优化。3.如权利要求2所述煤矿井下水泵房巡检机器人slam建图、自主导航方法，其特征在于，所述进行水泵房巡检机器人平台运动学和动力学分析包括：根据水泵房巡检机器人的主要技术指标和参数，设计轮式煤矿水泵房巡检机器人平台，对机器人平台模型建立运动学模型以及动力学模型并进行运动学和动力学分析。4.如权利要求2所述煤矿井下水泵房巡检机器人slam建图、自主导航方法，其特征在于，所述进行地形感知包括：利用kinect深度相机得到有关地形参数的数据信息，进行路面危险等级的自动识别；将计算得到的地形信息作为机器人的路径规划的主要指标，进行路径规划。5.如权利要求2所述煤矿井下水泵房巡检机器人slam建图、自主导航方法，其特征在于，所述进行激光雷达数据预处理包括：通过里程计辅助方法与卡尔曼滤波算法结合，去除激光雷达运动畸变。6.如权利要求2所述煤矿井下水泵房巡检机器人slam建图、自主导航方法，其特征在于，所述进行slam建图和导航算法的优化包括：首先，用图优化的方式在机器人的位姿、自然特征以及人工特征之间建立约束，进行全局优化，获得具有全局一致性的地图；并在路径规划算法中加入启发信息，指导搜索方向，减少全局路径规划的时间；其次，制定测试环境设计和性能评价标准，并针对改进后的算法和原始算法在建图效率和导航策略方面进行实验结果的对比分析；最后，优化ros系统和单片机程序相关程序。7.一种执行权利要求1～6任意一项所述煤矿井下水泵房巡检机器人slam建图、自主导航方法的系统，其特征在于，所述系统包括：障碍物识别模块，用于建立基于kinect机器视觉的地形感知系统，识别巡检机器人行进方向上的障碍物；最短路径规划模块，用于建立崎岖地面路径长度以及机器人通过路面时危险等级为指标的运动规划模型，规划起点与终点的最短路径；全局一致性地图获取模块，用于采用迭代最小二乘方法对里程计进行标定，同时使用
图优化的方式在机器人的位姿、自然特征以及人工特征之间建立约束，对地图进行全局优化，得到全局一致性的地图；设备巡检模块，用于通过slam建图和导航算法利用煤矿井下巡检机器人在无人控制，无轨道、线缆和gps辅助的情况下对水泵房设备进行巡检。

技术总结
本发明属于矿井下导航技术领域，公开了一种煤矿井下水泵房巡检机器人SLAM建图、自主导航方法，包括建立基于Kinect机器视觉的地形感知系统，识别巡检机器人行进方向上的障碍物；建立崎岖地面路径长度以及机器人通过路面时危险等级为指标的运动规划模型，规划最短路径；采用迭代最小二乘方法对里程计进行标定，同时使用图优化的方式在机器人的位姿、自然特征以及人工特征之间建立约束，对地图进行全局优化，得到全局一致性的地图；通过SLAM建图和导航算法利用煤矿井下巡检机器人对水泵房设备进行巡检。本发明能够实现煤矿井下巡检机器人在无人控制，无轨道、线缆和GPS辅助的情况下对水泵房设备进行巡检工作。对水泵房设备进行巡检工作。对水泵房设备进行巡检工作。


技术研发人员：游青山 寇子明 陈婧 秦江涛 金书奎
受保护的技术使用者：重庆工程职业技术学院
技术研发日：2021.06.16
技术公布日：2021/10/8