[發(fā)明專利]基于SLAM的智能測路面縱斷面平整度儀

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111293635.1
• 申請日: 2021-11-03
• 公開（公告）號: CN113884574A
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭保華;皇甫俊杰;杜天文;陳薪輝;丁波;郭慶文;陳巖;康繼春;李香紅;宋暉穎;榮騰龍;董卓
• 申請（專利權(quán)）人: 河南理工大學(xué)
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04
• 代理公司: 北京慕達星云知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 符繼超

本發(fā)明提供了一種基于SLAM的智能測路面縱斷面平整度儀，包括機器人、相互通信的工控機控制系統(tǒng)和單片機控制系統(tǒng)；工控機控制系統(tǒng)連接的運動控制系統(tǒng)包括機器人操作系統(tǒng)和路徑規(guī)劃系統(tǒng)；機器人操作系統(tǒng)基于機器人發(fā)射的激光雷達SLAM在行進過程中進行格柵地圖創(chuàng)建；路徑規(guī)劃系統(tǒng)用于在格柵地圖中規(guī)劃點，并進行全局路徑規(guī)劃并根據(jù)全局路徑對機器人進行定位導(dǎo)航；單片機控制系統(tǒng)連接的測量系統(tǒng)包括安裝在機器人上的超聲波模塊和陀螺儀模塊，分別用于測量機器人在導(dǎo)航路面行進時的路面縱斷面平整度和坡度。本發(fā)明基于SLAM實行建圖導(dǎo)航，通過超聲波和陀螺儀模塊進行路面平整度和坡度測量，實現(xiàn)無人智能化工作，具有速度快精度高的優(yōu)勢。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及路面測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于SLAM的智能測路面縱斷面平整度儀。

背景技術(shù)

隨著道路建設(shè)工作的開展，公路驗收和養(yǎng)護管理的工作量也日益繁重。在公路建成驗收和養(yǎng)護維修前，必須對道路狀況進行客觀、準確、快速地檢測與評價，為質(zhì)量管理和養(yǎng)護部門提供檢測數(shù)據(jù)和評價結(jié)果。其中，公路平整度可以體現(xiàn)為路面的損壞、車轍深度以及跳車現(xiàn)象的發(fā)生，他們在瀝青高速公路、一級公路中的路面技術(shù)狀況指數(shù)占比近60％。

目前人們測量路面平整度的儀器有：3m尺測量、連續(xù)式平整度儀、激光路面平整度儀等。其中直尺測量和連續(xù)式平整度儀需要消耗大量的人力物力，且測量速度慢；激光路面平整儀雖然精度高但是價格昂貴、對機器的操作要求更高、不能大范圍普及、并且在短距離測量方面使用較少。

因此，如何提供一種高效的、精確的智能測量道路平整度儀器是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于SLAM的智能測路面縱斷面平整度儀，基于SLAM實行建圖導(dǎo)航，通過超聲波和陀螺儀模塊進行路面平整度和坡度測量，實現(xiàn)無人智能化工作，具有速度快精度高的優(yōu)勢。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于SLAM的智能測路面縱斷面平整度儀，包括機器人、相互通信的工控機控制系統(tǒng)和單片機控制系統(tǒng)；所述工控機控制系統(tǒng)連接運動控制系統(tǒng)，所述單片機控制系統(tǒng)連接測量系統(tǒng)；

所述運動控制系統(tǒng)包括機器人操作系統(tǒng)和路徑規(guī)劃系統(tǒng)；所述機器人操作系統(tǒng)基于所述機器人發(fā)射的激光雷達SLAM在行進過程中進行格柵地圖創(chuàng)建；所述路徑規(guī)劃系統(tǒng)用于在格柵地圖中規(guī)劃點，并進行全局路徑規(guī)劃沒并根據(jù)所述全局路徑對所述機器人進行定位導(dǎo)航；所述機器人操作系統(tǒng)將所述格柵地圖和定位導(dǎo)航數(shù)據(jù)發(fā)送至物聯(lián)網(wǎng)平臺；

所述測量系統(tǒng)包括安裝在所述機器人上的超聲波模塊和陀螺儀模塊，分別用于測量所述機器人在導(dǎo)航路面行進時的路面縱斷面平整度和坡度，并依次通過單片機控制系統(tǒng)、工控機控制系統(tǒng)上傳至物聯(lián)網(wǎng)平臺；

所述物聯(lián)網(wǎng)平臺進行數(shù)據(jù)融合及展示。

優(yōu)選的，所述工控機控制系統(tǒng)接收測量系統(tǒng)測量的數(shù)據(jù)，結(jié)合所述機器人操作系統(tǒng)測得的機器人的位置信息，將二者利用MQTT協(xié)議融合并傳輸至所述物聯(lián)網(wǎng)平臺。

優(yōu)選的，所述物聯(lián)網(wǎng)平臺將接收的數(shù)據(jù)信息傳輸給客戶端進行可視化操作和查看。

優(yōu)選的，所述機器人操作系統(tǒng)運用Gmapping算法構(gòu)建機器人所處環(huán)境的二維柵格地圖，在二維格柵地圖上通過A*算法進行多目標點路徑規(guī)劃并利用amcl粒子濾波算法進行機器人實時定位。

優(yōu)選的，所述超聲波模塊包括設(shè)置在機器人中間底部的超聲波探測儀；所述機器人行進過程中遇到面積小于機器人底盤面積的凹陷/凸起時執(zhí)行如下操作：

獲取機器人前輪和后輪分別經(jīng)過所述凹陷時陀螺儀模塊檢測的突變數(shù)據(jù)；

將突變數(shù)據(jù)發(fā)生時間點的超聲波探測儀檢測數(shù)據(jù)丟棄，以兩次突變數(shù)據(jù)之間的陀螺儀平穩(wěn)數(shù)據(jù)所在時間段內(nèi)的位于機器人底盤中部的超聲波檢測儀測量數(shù)據(jù)作為凹陷/凸起的縱斷面深度/高度數(shù)值。