如何实现机器人自动探索未知环境

CMU的自主探索研究团队开发了一套机器人系统和规划器，使机器人能够更快地探索，探测未知环境中最黑暗的角落，并创建更准确和详细的地图。这些系统允许机器人自主完成所有这些工作，找到自己的方式并在没有人为干预的情况下创建地图。

机器人研究所的系统科学家Ji Zhang说：“你可以把它放在任何环境中，比如灾难发生后的百货公司或居民楼，它实时构建地图，在探索的同时，它会找出下一步要去的地方。你可以看到地图上的一切。你甚至不必踏入这个空间，只需让机器人探索和绘制环境地图。”

该团队已经在勘探系统上工作了三年多。他们已经探索并绘制了几个地下矿井、一个停车场、Cohon大学中心以及CMU校园内其他几个室内和室外地点的地图。该系统的计算机和传感器几乎可以连接到任何机器人平台上，将其转变为现代探险家。该小组在大部分测试中使用了经过改装的电动轮椅和无人机。

机器人可以使用小组的系统以三种模式进行探索。在一种模式中，一个人可以控制机器人的运动和方向，而自主系统可以防止它撞到墙壁、天花板或其他物体上。在另一种模式中，一个人可以在地图上选择一个点，机器人将导航到该点。第三种模式是纯粹的探索。机器人自行出发，调查整个空间并绘制地图。

机器人研究所教授Howie Choset说：“这是一个非常灵活的系统，可以用于从送货到搜救的许多应用。”

该团队将3D扫描激光雷达传感器、前视摄像头和惯性测量单元传感器与探索算法结合在一起，使机器人能够知道自己在哪里、去过哪里以及下一步应该去哪里。由此产生的系统比以前的方法更有效，创建更完整的地图，同时将算法运行时间减少一半。

“我们所有的工作都是开源的。我们没有任何隐瞒。我们希望通过制造自主探索机器人的能力来加强社会，”机器人专业博士生、探险者团队首席操作员曹超(Chao Cao)说。“这是一种基本能力。一旦你有了它，你可以做更多的事情。”