[發明專利]一種移動機器人自主導航軟件框架及導航方法

在審

• 申請號: 202010633945.2
• 申請日: 2020-07-02
• 公開（公告）號: CN111830977A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 楊甜甜;蘇治寶
• 申請（專利權）人: 中國兵器科學研究院;中國北方車輛研究所
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;G01C21/20
• 代理公司: 北京中創云知識產權代理事務所(普通合伙) 11837
• 代理人: 徐輝

1.一種移動機器人自主導航軟件框架，其特征在于，包括用戶接口層、自主導航層、系統監視層、設備層和底層應用層；

所述用戶接口層通過通信模塊與用戶交互；

所述自主導航層根據任務路徑、通過成本地圖和機器人當前的位置與姿態規劃當前的目標路徑，基于當前移動機器人的位置與姿態、速度和當前的目標路徑生成控制移動機器人本體機動的運動控制指令；

所述系統監視層收集機器人狀態、監視安全避碰距離以及通信鏈路連接狀態，當判斷移動機器人存在碰撞危險或通信鏈路處于斷開狀態時發出停止指令；

所述設備層實現對移動機器人感知和定位的傳感器模塊的訪問，將所述運動控制指令輸入給所述移動機器人本體的平臺操控器模塊執行；

所述底層應用層用于實現移動機器人的坐標系轉換，記錄日志，對關鍵事件和數據進行記錄。

2.根據權利要求1所述的移動機器人自主導航軟件框架，其特征在于，所述自主導航層包括環境感知模塊、局部路徑規劃模塊和跟蹤控制模塊；環境感知模塊獲取多種傳感器采集的數據建立環境地圖，通過分類器對環境地圖中的地形可通過性進行劃分，信息融合后獲得通過成本地圖，通過成本包括通過時間或路徑長度以及通過難度；局部路徑規劃模塊以所述通過成本地圖、任務路徑以及移動機器人當前位置與姿態為輸入，選擇通過成本最低的路徑作為當前的目標路徑；跟蹤控制模塊基于機器人當前位置、姿態和當前的目標路徑生成控制平臺機動的運動控制指令。

3.根據權利要求2所述的移動機器人自主導航軟件框架，其特征在于，系統監視層包括狀態收集模塊、通信鏈路監視模塊以及安全避碰模塊；所述狀態收集模塊收集所述移動機器人位置、姿態、速度、局部路徑規劃模塊的輸出以及所述通信鏈路狀態；所述通信鏈路監視模塊監測通信鏈路的連接狀態；所述安全避碰模塊監視所述移動機器人距離障礙物的最小距離，在通信鏈路斷開或最小距離小于安全距離閾值時，發出停止指令，控制所述移動機器人本體停止。

4.根據權利要求3所述的移動機器人自主導航軟件框架，其特征在于，所述設備層包括傳感器模塊、平臺操控器模塊、虛擬設備模塊以及設備數據結構模塊；所述傳感器模塊用于采集環境信息與定位信息，平臺操控器模塊接收所述運動控制指令并控制所述移動機器人本體移動；所述虛擬設備模塊包括虛擬傳感器和虛擬平臺操控器，虛擬傳感器用于對所述傳感器模塊用于所述傳感器模塊輸出信號進行仿真，虛擬平臺操控器用于對移動機器人采用的控制算法進行仿真；所述設備數據結構模塊用于定義設備的輸入輸出數據格式及組成。

5.根據權利要求4所述的移動機器人自主導航軟件框架，其特征在于，所述底層應用層包括日志記錄模塊、矩陣計算模塊、線程管理模塊以及硬件設備接口模塊；所述日志記錄模塊對運行過程中關鍵事件和數據進行記錄；所述矩陣計算模塊用于對所需的各類坐標系進行轉換；所述線程管理模塊，用于對自主導航軟件框架中的所有線程進行管理；所述硬件設備接口模塊驅動所述傳感器模中各傳感器的通信接口或控制接口。

6.根據權利要求5所述的移動機器人自主導航軟件框架，其特征在于，各個模塊均按獨立線程運行，模塊之間通過共享內存的方式進行數據交互。

7.根據權利要求5所述的移動機器人自主導航軟件框架，其特征在于，所述自主導航層還包括導航器模塊，將環境感知模塊和局部路徑規劃模塊關聯實現導航。

8.根據權利要求7所述的移動機器人自主導航軟件框架，其特征在于，所述的環境感知模塊包括單線激光雷達、多線激光雷達和相機，定期采集單線激光雷達、多線激光雷達和相機數據，分別通過獨立線程建立環境地圖；分別對每種環境地圖進行分類，獲得三種可通過性地圖；通過對三種可通過性地圖加權求和，融合獲得最終的通過成本地圖。