[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

本發明公開了基于激光雷達和里程計SLAM的智能小車定位導航方法，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。本發明還提供基于激光雷達和里程計SLAM的智能小車定位導航系統。本發明在小車的運動環境中能夠構建準確的環境地圖，并通過上位機能夠在構建的環境地圖上設定小車導航的目標位置，實現智能小車自動定位和導航功能，并且具有較高的準確性。

技術領域

本發明涉及人工智能技術領域，尤其涉及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。

背景技術

隨著人工智能技術的不斷發展和進步，具備一定的自主定位和導航能力的智能移動設備如服務機器人、無人機、自動導引小車已逐步被應用于家居服務、農業生產、醫療服務、餐飲服務，軍事和娛樂等領域。目前，智能移動小車也越來越多被應用于溫室大棚、家禽養殖場等場所的智能巡檢，以及家庭掃地、餐館送餐等智能作業。可見能夠自主定位和導航的智能移動小車具有重要的實用價值和廣闊的應用前景。

作為機器人導航研究的一個重要分支，同步定位與地圖構建(SimultaneousLocalization and Mapping，SLAM)理論研究發展迅速，是機器人研究領域的熱點和難點，然而，可用于室外SLAM研究的實驗平臺卻比較少。一些研究機構采用簡單的移動底盤配合里程計、視覺、超聲波傳感器等搭建而成，其功能非常有限，定位效果也不理想，而且穩定性不好。

發明內容

針對上述現有技術存在不足，本發明提供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。

本發明采用的技術方案為：

基于激光雷達和里程計SLAM的智能小車定位導航方法，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。

作為本發明的進一步技術方案為：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。

作為本發明的進一步技術方案為：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。

作為本發明的進一步技術方案為：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。

作為本發明的進一步技術方案為：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。

進一步的，所述無線通信模塊為WiFi或4G模塊。