[發明專利]自主導航機器人系統

在審

• 申請號: 201811213935.2
• 申請日: 2018-10-18
• 公開（公告）號: CN109521767A
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發明（設計）人: 李培;柳曉峰;高華;王詩蕊;蔣超;鄺堅
• 申請（專利權）人: 李培;高華;柳曉峰;蔣超;王詩蕊;鄺堅
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;張杰

1.一種自主導航機器人系統，包括：

機器人主體，所述機器人主體包括四輪獨立懸掛底盤，所述四輪獨立懸掛底盤設置有兩個驅動前輪以及兩個萬向后輪；

傳感器單元，用于感測所述機器人主體的姿態和環境信息；以及

控制單元，用于根據來自所述傳感器單元的信息，構建地圖并在地圖中定位、路徑規劃，并以雙輪差速驅動方式控制兩個驅動前輪進行避障和移動。

2.根據權利要求1所述的自主導航機器人系統，其中，所述機器人主體還包括：

兩個光電編碼器，分別設置在所述兩個驅動前輪的電機上，用于獲取機器人的里程信息；

兩個電機及其驅動器，設置在所述兩個驅動前輪之間，用于驅動所述驅動前輪轉動；以及

減速箱，設置在所述電機上，用于將所述電機的轉速減少到目標速度。

3.根據權利要求2所述的自主導航機器人系統，其中，所述傳感器單元包括：

雙目相機，設置在所述機器人主體上方，用于采集所述機器人系統所處環境的圖像數據；

慣性測量單元，設置在所述機器人主體的旋轉中心處，用于測量所述機器人主體的姿態；以及

激光雷達，設置在所述機器人主體的最頂端，用于探測障礙物，以輔助所述控制單元控制所述機器人主體躲避障礙。

4.根據權利要求3所述的自主導航機器人系統，其中，所述控制單元包括：

中央處理器和圖形處理器，用于處理所述傳感器單元獲取到的信息，結合所述信息對機器人運動軌跡進行決策，并向下位機發送速度控制命令，以控制所述兩個驅動前輪行進，并且基于所述雙目相機采集到的圖像數據，運行即時定位與地圖構建算法，以構建地圖；以及

下位機，用于向所述中央處理器和圖形處理器傳輸由所述光電編碼器記錄的數值并且向電機驅動器發送速度命令。

5.根據權利要求4所述的自主導航機器人系統，其中，所述中央處理器和圖形處理器運行即時定位與地圖構建算法，對所述雙目相機采集的每一張圖像，提取特征點，將含有特征點信息的圖像以及里程信息保存到數據庫，并根據里程信息生成由圖像構成的3D點云地圖，以及將3D地圖轉換成2D地圖。

6.根據權利要求4所述的自主導航機器人系統，其中，所述中央處理器和圖形處理器還運行擴展卡爾曼濾波算法，以針對所述光電編碼器和所述慣性測量單元進行數據融合，得到更準確的里程數據。

7.根據權利要求5所述的自主導航機器人系統，其中，所述中央處理器和圖形處理器通過ROS地圖服務器，讀取并且使用所述2D地圖，利用讀取到的地圖信息，計算代價地圖；

根據所述機器人主體的起始位置和給定的目標位置，利用A*算法求出最短路徑以作為導航的全局路徑；以及

使用滑動窗口算法來選擇局部最優路徑，在得出局部最優路徑后，將該路徑的速度信息作為控制信息發給所述下位機，以控制所述機器人主體完成相應的動作。

8.根據權利要求7所述的自主導航機器人系統，其中，所述滑動窗口算法根據當前速度、加速度以及想要預測的時間來對所述機器人主體將要行駛的路徑進行打分，在打分時除了以全局路徑作為局部規劃的打分依據，還根據所述代價地圖得出是否會碰到障礙物、是否會行駛到位置區域的信息，用于判斷路徑是否合理，以從所有路徑中選擇最優路徑。

9.根據權利要求8所述的自主導航機器人系統，其中，當所述激光雷達探測到障礙物后，通過ROS系統的話題機制將所述障礙物映射到地圖中，以使得所述代價地圖根據新添加的障礙物進行更新，并且在進行局部規劃打分時在有新障礙物的基礎上選擇最優路徑，以最優地躲開障礙物。

10.根據權利要求9所述的自主導航機器人系統，其中，所述中央處理器和圖形處理器還運行即時定位與地圖構建算法，以根據所述雙目相機采集到的圖像，找到該圖像是否在地圖數據庫中，以及在地圖數據庫中的位置，從而確定機器人在實際地圖中的位置。