[發明專利]服務機器人的導航系統及方法

在審

• 申請號: 202110354835.7
• 申請日: 2021-04-01
• 公開（公告）號: CN113093749A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 聶震;趙懷林;周方波;陸升陽;李若楠
• 申請（專利權）人: 上海應用技術大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發明公開了一種服務機器人的導航系統及方法，可用于醫療服務機器人和家庭服務機器人。包括：采用隱馬爾可夫模型(HMM)進行語音識別，增強人機的交互性；通過機器人的多傳感器采集到的信息，采用啟發式搜索定位以及子圖快速篩選算法進行機器人的定位和地圖構建，建圖更加高效準確；采用強化學習算法進行路徑規劃，保證了快速準確的導航能力。

技術領域

本發明涉及一種服務機器人的導航系統及方法。

背景技術

隨著智能制造、物聯網產業的快速發展，在全球進行抗疫活動的時代背景下，服務型移動機器人得到了快速發展。這就要求機器人擁有對外部環境的動態感知、自主導航、路徑規劃的能力。由于機器人在環境感知過程中存在誤差，尤其是在動態變化的環境下，機器人會出現計算效率慢等情況，出現故障的可能性大大提高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種服務機器人的導航系統及方法。

為解決上述問題，本發明提供一種服務機器人的導航系統，包括：

傳感器、上位機和下位機，其中，

所述上位機為安裝ROS機器人操作系統的樹莓派，用于處理數據和生成控制命令；

所述下位機為基于Cortex-M3的搭建的機器人控制系統，用于底盤控制，電量監測；所述上位機通過串口與下位機建立通信；

所述傳感器與上位機相連，用于采集信息數據。

進一步的，在上述系統中，所述傳感器包括：分別與所述上位機連接的激光雷達、Kinect、里程計、加速度計、GPS定位模塊和IMU模塊。

進一步的，在上述系統中，所述傳感器采集的數據信息包括：里程計信息、定位信息、IMU信息、速度信息、點云信息、激光數據、深度信息和語音信息。

根據本發明的另一面，還提供一種語音識別方法，應用于如上述任一項所述服務機器人的導航系統，所述方法包括：

服務機器人通過Kinect麥克風陣列采集語音信息；

采集到的語音信息通過預處理、加窗分幀及端點檢測進行預處理，得到預處理的語音信息；

利用小波變換從所述預處理的語音信息中提取特征參數；

應用HMM模型識別提取到的特征參數，以輸出控制指令。

根據本發明的另一面，還提供一種機器人定位和建圖方法，應用于如上述任一項所述服務機器人的導航系統，所述方法包括：

基于多種傳感器采集的信息數據進行點云稀疏化和位姿初步估計；

基于點云稀疏化和位姿初步估計，并使用啟發式搜索定位結合子圖確認當前位姿，并將處理后的點云進行子圖構建和柵格更新，最終構建柵格地圖；

使用快速篩選法結合點云信息和外推位姿的方式查找匹配最好的子圖，完成所述柵格地圖的構建。

進一步的，上述機器人定位和建圖方法中，多種傳感器采集的信息數據包括：激光雷達獲取的激光點云信息、Kinect獲取的環境圖像信息、GPS獲取的定位信息、慣導模塊獲取的IMU信息和里程計獲取的里程計信息。

根據本發明的另一面，還提供一種機器人路徑規劃方法，應用于如上述任一項所述服務機器人的導航系統，所述方法包括：

將構建的地圖進行柵格化處理，并進行障礙物膨脹以避免機器人的撞上障礙物，采用強化學習算法進行路徑規劃。