(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210766070.2 (22)申请日 2022.06.30 (71)申请人 东南大学 地址 211100 江苏省南京市江宁区东 南大 学路2号 (72)发明人 朱建雄　范英杰　温海营　张志胜　 (74)专利代理 机构 北京德崇智捷知识产权代理 有限公司 1 1467 专利代理师 王雪 (51)Int.Cl. G01C 21/20(2006.01) G01C 21/00(2006.01) G01D 21/02(2006.01) G06T 7/73(2017.01) (54)发明名称 一种基于电子鼻辅助的机器人定位导航方 法和系统 (57)摘要 本发明提供一种基于电子鼻辅助的机器人 定位导航方法和系统。 系统包括： 相互连接的数 据融合模块、 传感器模块和中央处理器， 传感器 模块包括摄像头、 激光雷达、 电子鼻。 方法包括： 通过摄像头采集机器人前方图像数据、 通过激光 雷达采集地图点云数据、 通过电子鼻采集前方目 标气体浓度数据后将数据信息发送到数据融合 模块进行数据融合， 实时构建环境地图、 实时描 述机器人位姿、 识别当前机器人的行进路线和前 方障碍物 位置的机器人定位导航数据。 本发明通 过对多种传感器的输出数据进行融合， 取长补 短， 实现了在有部分传感器失效的特殊情况下， 机器人还能保持较为精准的定位导航功能， 大大 提高了自动导 航机器人的可靠性和环境 适应性。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 115265539 A 2022.11.01 CN 115265539 A 1.一种基于电子鼻辅助的机器人定位 导航方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： S10： 在机器人(6)不断的移动过程中， 通过摄像头(3)采集环境图像数据， 通过激光雷 达(4)采集 地图点云数据， 通过电子鼻(5)采集前 方目标气体浓度数据； S20： 将所述S10中采集到 的数据信息发送到数据 融合模块(1)， 并根据当前机器人(6) 作业环境进行加权融合处 理； S30： 将所述S20中加权融合后的数据发送至中央处理器(2)中进行数据处理， 实时构 建 环境地图、 识别当前机器人(6)的行进路线和前 方障碍物位置的机器人定位 导航数据； S40： 根据当前时刻机器人(6)行驶方向以及 所述S30中的机器人定位导航数据， 调整下 一时刻机器人(6)的行驶方向和姿态。 2.根据权利要求1所述一种基于电子鼻辅助的机器人定位导航方法， 其特征在于： 所述 S30中对通过摄 像头(3)采集的环境图像数据的处 理方法包括如下步骤： S31： 对获得的环境平面图像进行裁剪， 把图像的尺寸裁剪到640 ×480像素的大小， 并 将该图像转 化为灰度图， 对其进行二 值化处理， 再通过腐蚀和膨胀操作去除图像噪点； S32： 提取图像中第400行的像素值， 提取目标颜色像素点的数量和位置， 通过边缘检测 提取并计算出目标颜色边 缘的位置和的一半， 该处即为目标颜色的中心位置； S33： 将目标颜色的中心位置与实际图像上的中心位置320像素处做差， 得出偏移量， 根 据偏移量计算出机器人(6)的对应转角， 实现摄像头的寻线路径跟踪功能， 实现具体目标行 驶路线的识别和提取。 3.根据权利要求2所述一种基于电子鼻辅助的机器人定位导航方法， 其特征在于： 所述 S30中对通过激光雷达(4)采集的地图点云数据的处 理方法包括如下步骤： S34： 采用基于粒子滤波的RBPF算法完成对二维栅格地图的创建， 获取较为精确的环境 地图信息； S35： 采用粒子滤波计算机器人(6)的位姿信息， 每一个粒子中都包含某一时刻的地图、 位姿权重信息， 通过贝叶斯 准则推导出 该粒子在里程计 状态传播之后的预测位姿； S36： 通过观测模型进行权重计算的归一化处理， 获得机器人(6)在下一时刻的运动轨 迹， 将下一时刻的激光扫描数据与上一时刻的激光扫描数据进行匹配与对比， 计算出激光 雷达(4)下一时刻在地图中的位姿增量， 位姿增量与上一时刻的位姿量求和， 可以计算出激 光雷达(4)在下一时刻的位姿， 进 而实现对机器人(6)进行定位。 4.根据权利要求3所述一种基于电子鼻辅助的机器人定位导航方法， 其特征在于： 所述 S30中对通过电子鼻(5)采集前 方目标气体浓度数据的处 理方法包括如下步骤： S37： 随着机器人(6)在环境中不断移动， 记录在不同位置检测目标气体的浓度数据； S38： 结合机器人(6)的位置， 在地图上标记气体浓度分布信息， 判断出目标气体最 高浓 度所在区域， 从而计算出目标气体源头的方向和位置并锁定泄漏源位置， 从而避开 目标气 体泄漏源。 5.根据权利要求4所述一种基于电子鼻辅助的机器人定位导航方法， 其特征在于： 所述 S30中电子鼻(5)采集前方目标气体浓度数据的处理方法还包括利用温湿度传感器检测环 境湿度， 并根据环境湿度对检测到的目标气体浓度数据进行 校正。 6.一种基于电子鼻辅助的机器人定位导航系统， 其特征在于： 能够执行权利要求1 ‑5中 任一项基于电子鼻辅助的机器人定位导航方法， 包括相互连接的数据融合模块(1)、 传感器权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115265539 A 2模块和中央处理器(2)， 所述传感器模块包括摄像头(3)、 激光雷达(4)、 电子鼻(5)， 所述摄 像头(3)、 激光雷达(4)和电子鼻(5)均通过相应接口连接到所述数据融合模块(1)上， 所述 激光雷达(4)用于采集当前环境地图点云数据并发送至数据融合模块(1)， 所述摄像头(3) 用于采集当前机器人(6)路线上的图像信息并发送至数据融合模块(1)， 所述电子鼻(5)用 于采集当前机器人(6)前方目标气 体浓度数据信息并发送至数据融合模块(1)， 数据融合模 块(1)用于将 激光雷达(4)、 摄像头(3)和电子鼻(5)发送 来数据进 行融合后传送至所述中央 处理器(2)进行 数据处理。 7.根据权利要求6所述一种基于电子鼻辅助的机器人定位导航系统， 其特征在于： 在机 器人(6)的上端设置有支撑平台(7)， 所述摄像头(3)设置在所述支撑平台(7)的顶部， 所述 激光雷达(4)设置在所述机器人(6)和支撑平台(7)之间， 所述电子鼻(5)设置在机器人(6) 的前端。 8.根据权利要求7所述一种基于电子鼻辅助的机器人定位导航系统， 其特征在于： 所述 电子鼻(5)包括气体传感器(51)和温湿度传感器(52)， 为可拆卸式结构， 能够根据不同的气 体环境更 换。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115265539 A 3