[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

本發明提供了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。

技術領域

本發明涉及一種自主導航機器人系統，特別是涉及一種在室內外復雜環境中自主導航的機器人系統。

背景技術

無人車的時代已經到來，但其硬件的高成本和安全性的不完全保證使它仍然不能被廣泛使用，而自主導航技術的商業化應用也更多停留在固定的室內環境下。然而，雖然面臨諸多問題，自主導航功能卻是未來智能機器人的根本。機器人自主導航系統的研發將擁有廣闊的市場空間。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種可自主導航的機器人系統，機器人在移動過程中，通過傳感器感知自身狀態和環境信息，構建地圖并確定自己在地圖中的位置，在障礙物眾多且不斷變化的情況下進行定位、路徑規劃、避障和移動。由于室外環境下光照、陰影、路面、障礙物類型等較于室內都更加復雜，本發明的設計方案在滿足室外苛刻的環境要求時，也能夠在室內運行。

根據本發明的一方面，提供了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。

在實施例中，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。

在實施例中，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。

在實施例中，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。

在實施例中，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。

在實施例中，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。

在實施例中，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；