[發(fā)明專利]樹莓派平臺下基于激光SLAM的室內(nèi)導(dǎo)航機(jī)器人

在審

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• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113093756A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李蘭蘭;霍俊博;陳孟鈮;王大彪
• 申請（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 丘鴻超;蔡學(xué)俊

本發(fā)明提出一種樹莓派平臺下基于激光SLAM的室內(nèi)導(dǎo)航機(jī)器人，其特征在于，包括：上位機(jī)ROS系統(tǒng)和下位機(jī)底盤控制模塊；所述上位機(jī)ROS系統(tǒng)控制激光雷達(dá)采集環(huán)境信息，進(jìn)行二維柵格地圖的構(gòu)建，并在構(gòu)建好的地圖基礎(chǔ)上進(jìn)行路徑規(guī)劃控制機(jī)器人到達(dá)目標(biāo)興趣點(diǎn)；所述下位機(jī)底盤控制模塊用于驅(qū)動兩輪差速移動，進(jìn)行速度的采集反饋和指定速度的控制，再結(jié)合PID算法實(shí)現(xiàn)運(yùn)動控制。其依靠樹莓派平臺，采用了激光雷達(dá)作為距離傳感器，在樹莓派的ROS系統(tǒng)上利用Gmapping算法完成了室內(nèi)地圖的構(gòu)建，室內(nèi)機(jī)器人的實(shí)時定位以及根據(jù)構(gòu)建好的地圖完成路徑導(dǎo)航。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種樹莓派平臺下基于激光SLAM的室內(nèi)導(dǎo)航機(jī)器人。

背景技術(shù)

公開號為CN205889192U的專利，提出一個利用超聲波測距模塊獲取機(jī)器人與被測物體的距離，磁力獲取機(jī)器人與地磁夾角，運(yùn)動距離獲取機(jī)器人電機(jī)的輸入脈沖，從而實(shí)現(xiàn)可以在室內(nèi)導(dǎo)航的人形機(jī)器人。

公開號為CN111578939A的專利，提出了一種考慮考慮采樣周期隨機(jī)變化的機(jī)器人緊組合導(dǎo)航方法及系統(tǒng)，通過對周圍采集數(shù)據(jù)作為狀態(tài)向量，將激光點(diǎn)雷達(dá)采集數(shù)據(jù)和軌跡推算數(shù)據(jù)進(jìn)行融合作為方向拓展來對機(jī)器人進(jìn)行路徑導(dǎo)航。

現(xiàn)有技術(shù)存在以下缺點(diǎn)：

缺點(diǎn)1：公開號為CN205889192U的專利，該方案在繪制室內(nèi)地圖時采用地磁夾角來計算距離，而沒有考慮機(jī)器人全身與四周的距離，若周圍環(huán)境發(fā)生劇烈變動會導(dǎo)致該機(jī)器人無法反應(yīng)過來。

缺點(diǎn)2：公開號為CN111578939A的專利，該方案通過一次次不斷測量周圍環(huán)境數(shù)據(jù)來對機(jī)器人來進(jìn)行導(dǎo)航，然而在一個較為穩(wěn)定的室內(nèi)環(huán)境卻要一次次進(jìn)行周圍環(huán)境數(shù)據(jù)測算，這樣太過于繁瑣。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，本發(fā)明提出了一種樹莓派平臺下基于激光SLAM的室內(nèi)導(dǎo)航機(jī)器人的方案，以完成在室內(nèi)利用二維激光雷達(dá)進(jìn)行建圖，描繪室內(nèi)平面的二維信息，實(shí)時定位和目標(biāo)興趣點(diǎn)導(dǎo)航的功能。該機(jī)器人分上位機(jī)即ROS系統(tǒng)和下位機(jī)即底盤控制模塊兩個部分。上位機(jī)是基于樹莓派平臺的ROS機(jī)器人系統(tǒng)，它主要的任務(wù)是控制激光雷達(dá)采集環(huán)境信息，利用這些信息進(jìn)行二維柵格地圖的構(gòu)建，同時利用AI算法對在構(gòu)建好的地圖基礎(chǔ)上進(jìn)行路徑規(guī)劃控制機(jī)器人到達(dá)目標(biāo)興趣點(diǎn)。下位機(jī)主要是由stm32開發(fā)板完成，它負(fù)責(zé)驅(qū)動兩輪差速機(jī)器人，進(jìn)行速度的采集反饋和指定速度的控制，再結(jié)合PID算法來實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的運(yùn)動控制。樹莓派和底盤驅(qū)動通過串口通信，底盤負(fù)責(zé)采集并控制機(jī)器人電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度，再通過串口發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)在ROS系統(tǒng)中對激光雷達(dá)采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的二維柵格地圖，同時將速度進(jìn)行處理，并將期望速度反饋給下位機(jī)來進(jìn)行速度的控制。

其利用樹莓派和ROS機(jī)器人操作系統(tǒng)，通過激光雷達(dá)模塊和底層電機(jī)驅(qū)動模塊實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的激光SLAM機(jī)器人，該機(jī)器人有兩個編碼電機(jī)驅(qū)動的輪子，可以通過Lidar掃描室內(nèi)的建筑物和沙發(fā)家具等障礙物，通過一些算法將這些信息描繪成一張二維柵格地圖，通過這個地圖可以來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)興趣地點(diǎn)的導(dǎo)航，基于該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)一些人類無法完成或者危險的事情，在商業(yè)和軍工領(lǐng)域都具有實(shí)用的效果。

本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案：

一種樹莓派平臺下基于激光SLAM的室內(nèi)導(dǎo)航機(jī)器人，其特征在于，包括：上位機(jī)ROS系統(tǒng)和下位機(jī)底盤控制模塊；所述上位機(jī)ROS系統(tǒng)控制激光雷達(dá)采集環(huán)境信息，進(jìn)行二維柵格地圖的構(gòu)建，并在構(gòu)建好的地圖基礎(chǔ)上進(jìn)行路徑規(guī)劃控制機(jī)器人到達(dá)目標(biāo)興趣點(diǎn)；所述下位機(jī)底盤控制模塊用于驅(qū)動兩輪差速移動，進(jìn)行速度的采集反饋和指定速度的控制，再結(jié)合PID算法實(shí)現(xiàn)運(yùn)動控制。

優(yōu)選地，包括：帶有由兩個編碼電機(jī)驅(qū)動的輪子；采用樹莓派和PC，分別作為ROS系統(tǒng)的主機(jī)和從機(jī)；驅(qū)動模塊、IMU模塊和激光雷達(dá)分別連接樹莓派；所述驅(qū)動模塊包括帶有碼盤的編碼電機(jī)。