[發(fā)明專利]一種旋轉(zhuǎn)激光雷達(dá)及室內(nèi)地圖構(gòu)建和定位的SLAM機(jī)器人

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010186695.2
• 申請(qǐng)日: 2020-03-17
• 公開（公告）號(hào): CN111251271B
• 公開（公告）日: 2023-02-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 阿里·納瑪提;趙東杰;葛樹志;黃致遠(yuǎn);法里納茲·戈拉米
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 青島聚遠(yuǎn)網(wǎng)絡(luò)科技有限公司
• 主分類號(hào): B25J5/00
• 分類號(hào): B25J5/00;B25J9/16
• 代理公司: 青島高曉專利事務(wù)所(普通合伙) 37104
• 代理人: 付麗麗

本發(fā)明公開一種旋轉(zhuǎn)激光雷達(dá)及室內(nèi)地圖構(gòu)建和定位的SLAM機(jī)器人，其中3D激光雷達(dá)通過激光雷達(dá)支座實(shí)現(xiàn)與固定座的轉(zhuǎn)動(dòng)連接，由上述旋轉(zhuǎn)激光雷達(dá)構(gòu)成的室內(nèi)地圖構(gòu)建和定位的SLAM機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)周圍環(huán)境的全角探測，另外，機(jī)器人還包括采集前方圖像數(shù)據(jù)的相機(jī)模塊和采集機(jī)器人自身位置和姿態(tài)的位姿捕獲單元。旋轉(zhuǎn)3D激光雷達(dá)、多角度相機(jī)以及位姿捕獲單元之間相互配合、相互補(bǔ)充，獲取全面準(zhǔn)確的機(jī)器人周圍環(huán)境信息，為構(gòu)建精確性和完整性的三維地圖提供了最基礎(chǔ)最重要的數(shù)據(jù)來源。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種旋轉(zhuǎn)激光雷達(dá)及室內(nèi)地圖構(gòu)建和定位的SLAM機(jī)器人。

背景技術(shù)：

隨著科技的進(jìn)步與社會(huì)的發(fā)展，定位、定向變得越來越重要。1964年，美國建立了全球定位系統(tǒng)GPS，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)的室外定位。但是對(duì)于情況復(fù)雜，精確度高的室內(nèi)定位、室內(nèi)建圖卻有較高的難度。目前，前沿的定位技術(shù)方向便是SLAM，即時(shí)定位與地圖構(gòu)建技術(shù)，此技術(shù)目前在AGV、無人駕駛汽車、虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前業(yè)內(nèi)將SLAM分為激光SLAM和視覺SLAM兩大類，但大多SLAM機(jī)器人的建圖、定位能力具有一定的局限性，如無法檢測臺(tái)階，無法檢測一些較為復(fù)雜的障礙物、定位精度不高等。而室內(nèi)建圖，尤其是建立精確的較為復(fù)雜的3D地圖的需求日益增強(qiáng)。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)具有高精度，可以建立較為復(fù)雜障礙地圖環(huán)境的機(jī)器人是十分有必要的。目前，大多SLAM機(jī)器人采用3D激光雷達(dá)一般固定不動(dòng)，激光雷達(dá)的探測視角較窄，當(dāng)檢測距離較遠(yuǎn)、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的障礙時(shí)，即使在視野范圍內(nèi)也會(huì)存在較大距離的盲區(qū)。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，尋求設(shè)計(jì)一種室內(nèi)地圖構(gòu)建和定位的SLAM機(jī)器人，解決了現(xiàn)有的SLAM機(jī)器人獲取的周圍環(huán)境數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性較低，難以構(gòu)建精確的三維地圖的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及的旋轉(zhuǎn)激光雷達(dá)，包括3D激光雷達(dá)、激光雷達(dá)支座和環(huán)境掃描單元支座，所述激光雷達(dá)支座包括與環(huán)境掃描單元支座上的環(huán)形空腔對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)輪，轉(zhuǎn)輪的外圈均布輪齒，靠近輪齒設(shè)置輪圈，轉(zhuǎn)輪內(nèi)圈設(shè)有固定底座，3D激光雷達(dá)固定在固定底座上，激光雷達(dá)支座上的輪圈與固定在環(huán)形空腔四周的第一滾珠軸承轉(zhuǎn)動(dòng)連接，輪齒與傳動(dòng)單元嚙合，在驅(qū)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)下，繞環(huán)形空腔轉(zhuǎn)動(dòng)。

具體地，固定座為環(huán)境掃描單元支座，相機(jī)架和激光雷達(dá)架卡接構(gòu)成環(huán)境掃描單元支座，在環(huán)境掃描單元支座的上部形成環(huán)形空腔，惰輪、同步帶輪和正時(shí)皮帶構(gòu)成傳動(dòng)單元，步進(jìn)電機(jī)支座、步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)構(gòu)成驅(qū)動(dòng)單元，步進(jìn)電機(jī)支座、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、惰輪和同步帶輪置于環(huán)境掃描單元支座內(nèi)部腔體內(nèi)，置于相機(jī)架和激光雷達(dá)架連接處的正時(shí)皮帶上部與激光雷達(dá)支座外圈的輪齒嚙合，正時(shí)皮帶兩端向下伸入環(huán)境掃描單元支座內(nèi)部腔體內(nèi)，與固定在相機(jī)架上的同步帶輪嚙合，兩惰輪固定在正時(shí)皮帶下部外側(cè)，其從左右兩側(cè)將正時(shí)皮帶下部夾緊，步進(jìn)電機(jī)通過步進(jìn)電機(jī)支座固定在相機(jī)架上，步進(jìn)電機(jī)輸出端與同步帶輪連接，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)與步進(jìn)電機(jī)電連接。所述傳動(dòng)單元和驅(qū)動(dòng)單元可以是其他能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能的裝置。

一種室內(nèi)地圖構(gòu)建和定位的SLAM機(jī)器人，包括環(huán)境掃描單元、運(yùn)動(dòng)單元、數(shù)據(jù)處理單元、顯示單元、主體外殼、電源單元和位姿捕獲單元；環(huán)境掃描單元通過相機(jī)模塊和旋轉(zhuǎn)激光雷達(dá)掃描SLAM機(jī)器人周圍環(huán)境，獲取環(huán)境信息數(shù)據(jù)；運(yùn)動(dòng)單元用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的行走移動(dòng)；數(shù)據(jù)處理單元基于獲取的數(shù)據(jù)構(gòu)建三維地圖、避障和定位；顯示單元用于將數(shù)據(jù)處理單元得到的結(jié)果進(jìn)行顯示，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互；主體外殼為機(jī)器人其他單元提供支撐以及進(jìn)行保護(hù)；電源單元為機(jī)器人提供電能；位姿捕獲單元用來捕獲SLAM機(jī)器人的位置與姿態(tài)信息，環(huán)境掃描單元、運(yùn)動(dòng)單元、數(shù)據(jù)處理單元、顯示單元和電源單元均固定在主體外殼上；數(shù)據(jù)處理單元分別與環(huán)境掃描單元、運(yùn)動(dòng)單元、顯示單元、電源單元和位姿捕獲單元連接，獲取相關(guān)數(shù)據(jù)并協(xié)調(diào)控制各單元之間的工作。