[發明專利]一種基于激光雷達的倉儲機器人室內建圖導航系統

有效

• 申請號: 202110378598.8
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113093761B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 高揚華;陸海良;郁鋼
• 申請（專利權）人: 浙江中煙工業有限責任公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 曹兆霞

1.一種基于激光雷達的倉儲機器人室內建圖導航系統，其特征在于，包括：

倉儲機器人，用于利用激光雷達自動掃描周圍環境，獲得激光數據點集，基于激光數據點集采用逼近同步定位與建圖算法構建二維柵格地圖時，利用最小二乘法或奇異值分解對激光數據點集進行位姿估計，根據位姿估計結果構建二維柵格地圖并實時更新到倉庫系統，還用于基于二維柵格地圖，運用迪杰斯特拉算法確定最優路徑，根據最優路徑進行定位導航；

倉庫系統，用于接收并存儲二維柵格地圖，并向倉儲機器人發送指令信息；

移動控制端，用于向倉儲機器人發送指令信息；

倉儲機器人、倉儲系統和移動控制端均通過無線通訊模塊連接；

所述的倉儲機器人包括：激光雷達、無線射頻閱讀器、驅動模塊、防碰模塊、無線通訊模塊、供電系統和核心處理模塊；

激光雷達，用于激光掃描室內環境，獲得激光數據點集；

無線射頻閱讀器，用于識別倉庫標簽，使得激光雷達能夠快速定位，所述倉庫標簽為庫位標簽、托盤標簽和貨物標簽；

驅動模塊，用于倉儲機器人的旋轉移動；

防碰模塊，用于根據激光雷達掃描的障礙物信息測距，通過程序算法控制倉儲機器人規避障礙物；

核心處理器，用于根據所述的激光數據點集，構建倉儲機器人所處環境二維柵格地圖以及定向導航最優路徑；

運用迪杰斯特拉算法確定最優路徑的具體步驟為：將導航的兩點對角線形成的方形區域進行特定大小的方格劃分，首先計算兩點之間的方格最優路徑，后分布計算方格最優路徑經過的每個方格內的最優路徑，方格最優路徑經過的方格內的最優路徑總和為定位導航路徑，方格最優路徑以及方格中的最優路徑計算方法均采用Dijkstra算法。

2.根據權利要求1所述的基于激光雷達的倉儲機器人室內建圖導航系統，其特征在于，在倉儲機器人運用迪杰斯特拉算法確定最優路徑之前，倉儲機器人接收倉庫系統或移動控制端的指令信息，根據指令信息，構建局部二維柵格地圖，將局部二維柵格地圖通過無線通訊模塊傳送到倉庫系統，以更新二維柵格地圖。

3.根據權利要求1所述的基于激光雷達的倉儲機器人室內建圖導航系統，其特征在于，利用最小二乘法或奇異值分解對激光數據點集進行位姿估計的具體步驟為：

S1：設定初始位姿；

S2：通過計算當前激光數據點集A中的每個數據點a_i，與參考激光數據點集B中的每一個數據點b_j，之間的歐式距離實現對當前激光數據點集A和參考激光數據點集B中的數據點的匹配；

S3：基于當前激光數據點集A，使用最小二乘法或奇異值分解得到位姿變換特征(R，T)，其中，R為旋轉矩陣，T為平移向量，當前激光數據點集A通過位姿變換特征(R，T)得到變換激光數據點集A'；

S4：根據變換激光數據點集A'中數據點與對應的參考激光數據點集B中的匹配數據點構建最小誤差函數，得到變換激光數據點集A'與匹配好的參考激光數據點集B之間的誤差，如式(1)所示：

其中，其中i為當前激光數據點集A中的數據點a_i的指引，其中j為參考激光數據點集B中的數據點b_j的指引；

如果誤差e(R,T)不滿足閾值，則回到步驟S2繼續迭代，如果誤差e(R,T)滿足閾值，得到最優位姿變換特征(R，T)，結束迭代得到當前機器人估算位姿。

4.根據權利要求1所述的基于激光雷達的倉儲機器人室內建圖導航系統，其特征在于，所述的激光雷達位于倉儲機器人頂部，激光雷達包括控制電機和激光傳感器，通過控制電機帶到激光傳感器旋轉，確保激光雷達能夠0-360°無遮擋旋轉掃描。

5.根據權利要求1所述的基于激光雷達的倉儲機器人室內建圖導航系統，其特征在于，所述的驅動模塊包括設置于倉儲機器人底部的驅動輪和從動輪。

6.根據權利要求1所述的基于激光雷達的倉儲機器人室內建圖導航系統，其特征在于，所述的供電系統分別為驅動模塊和核心處理模塊獨立供電。