[發明專利]基于激光雷達和里程計SLAM的智能小車定位導航方法及系統

在審

• 申請號: 202010055757.6
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111240331A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 付根平;朱立學;張世昂;黃偉鋒;吳震龍;陳天賜;楊塵宇
• 申請（專利權）人: 仲愷農業工程學院
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 廣州匯航專利代理事務所(普通合伙) 44537
• 代理人: 呂詩

1.基于激光雷達和里程計SLAM的智能小車定位導航方法，其特征在于，包括以下步驟：

從控制器通過電機編碼器和慣性測量單元IMU獲取小車的速度信息和位姿信息，形成里程計信息；

主控制器通過激光雷達掃描小車的周圍環境形成激光雷達坐標系中的環境點云位置信息；

將激光雷達坐標系中的環境點云位置信息與里程計信息結合形成世界坐標系中的環境位置信息，實現對小車的定位和導航。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述從控制器通過電機編碼器和慣性測量單元IMU獲取小車的速度信息和位姿信息，形成里程計信息；具體包括：

電機編碼器將小車的速度信息發送至從控制器；

慣性測量單元IMU將小車的位姿信息發送至從控制器；

從控制器根據小車當前時刻與上一時刻的速度信息和位姿信息變換生成里程計信息。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述里程計的起始點為小車運動的原點位置，結合編碼器返回電機轉速和小車的運動學模型，得到小車的速度信息，通過獲取小車運動的位置、轉角、速度信息得到小車相對于世界坐標系原點更新的位置坐標信息。

4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述慣性測量單元IMU將小車的位姿信息發送至從控制器；具體包括：

慣性測量單元IMU安裝在小車中心位置，慣性測量單元IMU將所測小車的運動狀態信息定時發送至從控制器，通過DMP姿態解算得到小車的位姿信息。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述主控制器還連接無線通信模塊，所述主控制器通過無線通信模塊與上位機連接，所述上位機在由SLAM技術所構建的地圖上標定小車導航的目標位置。

6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述無線通信模塊為WiFi或4G模塊。

7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述主控制器通過激光雷達掃描小車的周圍環境形成激光雷達坐標系中的環境點云位置信息；具體包括：

以激光雷達的幾何中心為原點建立激光雷達坐標系，使用激光雷達對小車的周圍環境進行實時掃描，通過直線檢測的方法獲取環境線段信息，根據環境線段信息生成激光雷達坐標系中的環境點云位置信息。

8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，將激光雷達坐標系中的環境點云位置信息與里程計信息結合形成世界坐標系中的環境位置信息，實現對小車的定位和導航，具體包括：

以小車底部中心為原點建立小車坐標系，以小車坐標系原點到激光雷達坐標系原點的位置向量作為轉換向量，將激光雷達坐標系中的環境點云位置信息轉換成小車坐標系中的環境點云位置信息；再結合里程計信息，轉換成世界坐標系中的環境點云位置信息；

利用ROS平臺下開源的Open SLAM Gmapping算法包和Rao-Black Wellized粒子濾波算法，將世界坐標系中的環境點云位置信息生成環境柵格地圖，實現小車的定位和導航。

9.根據權利要求1-8中任一項所述的方法提出基于激光雷達和里程計SLAM的智能小車定位導航系統，其特征在于，包括：

一上位機；

一主控制系統；包括：主控制器和激光雷達模塊和無線通信模塊，所述主控制器與激光雷達模塊和無線通信模塊連接，所述無線通信模塊與上位機連接；

一從控制系統；包括從控制器、慣性測量單元IMU、直流電機驅動電路、電機編碼器測速電路；所述從控制器與主控制器連接，所述慣性測量單元IMU與從控制器連接，所述從控制器與直流電機驅動電路和電機編碼器測速電路連接；

直流電機；所述直流電機驅動電路和電機編碼器測速電路與直流電機連接。

10.根據權利要求9所述的系統，其特征在于，所述無線通信模塊為WiFi或4G模塊。