[发明专利]应用于服务机器人的同步式地图构建与定位系统及方法

说明书

应用于服务机器人的同步式地图构建与定位系统及方法，属于机器人导航技术领域。解决了现有周围环境感知的技术易受到光线，湿度等物理环境因素的影响，适用范围小且成本较高的问题。本发明所述的旋转主轴位于基座的中心，角度检测编码器用于采集旋转主轴的转速；驱动电机通过齿轮组带动旋转主轴和角度检测编码器旋转；旋转主轴的顶端套接在传动轴承的轴套内，所述传动轴承位于基座的顶端，传动轴承带动3D激光雷达和2D激光雷达同时旋转，2D激光雷达用于采集所安装平面内的环境信息，3D激光雷达用于扫描自身安装平面向上夹角为0°～45°范围内的环境信息，板卡设置在基座内。本发明适用于机器人导航定位技术使用。

技术领域

本发明属于机器人导航技术领域。

背景技术

激光导航是利用激光直线性好，发散角小、能量集中等特点进行多点位精准测量，通过对数据的组合运算，计算出设备的相对位置，从而实现定位。激光导航的方式有很多，但是目前较为成熟且广泛应用的激光导航技术主要有两种，一种为利用激光反射板进行定位，激光发射器发射的激光经过反射板反射被接收器接收，通过测算不同位置的反射板的位置来确定设备的当前位置，并且利用相关的数学模型做导航指引，特点是精度较高，但是无法感知周围环境需要其他传感器辅助感应且使用前需要进行反射板的安装，前期施工量大；另外一种则无需使用反射板，利用设备所在环境中的障碍物作为参照物通过利用2D激光扫描周围环境中的障碍物获得相关数据，在通过对数据的处理整合构建出设备周围的二维虚拟地图，地图构建后设备在运动时，不断比对周围的障碍物数据，从而获取相关的地理位置信息，通过相关的数学模型，得出具体性运动控制数据，特点是施工难度低，易于使用，但是缺点是精度较低，扫描数据为环境的一个截面，无法感知其他高度的环境数据，需要其他传感器进行辅助感应。

目前可以达到周围环境感知的技术主要是视觉感知及3D激光雷达方案，但是视觉技术目前易受到光线，湿度等物理环境因素的影响适用范围小成本较高；符合导航使用的高精度的3D激光雷达方案目前市场价格都极为昂贵，成本高出太多，在应用于服务机器人行业并不成熟，并且开发难度较大。

发明内容

本发明是为了解决现有周围环境感知的技术易受到光线，湿度等物理环境因素的影响，适用范围小且成本较高的问题；提出了一种应用于服务机器人的同步式地图构建与定位系统及方法。

本发明所述的应用于服务机器人的同步式地图构建与定位系统，它包括3D激光雷达1、2D激光雷达2、传动轴承3、板卡4、旋转主轴5、角度检测编码器6、齿轮传动组7、驱动电机8和基座9；

基座9下部为中空结构的柱体，上部为中空结构的圆台形，所述圆台形为上下均开口结构；

齿轮传动组7包括三个齿轮，所述三个齿轮均设置在基座9的底部，且三个齿轮依次咬合，三个齿轮分别套设在驱动电机8的转动轴的外侧、旋转主轴5的外侧和角度检测编码器6下侧所固定的传动轴的外侧；旋转主轴5位于基座9的中心，角度检测编码器6用于采集旋转主轴5的转速；

驱动电机8通过齿轮传动组7带动旋转主轴5和角度检测编码器6旋转；旋转主轴5的顶端套接在传动轴承3的轴套内，所述传动轴承3位于基座9的顶端，传动轴承3带动3D激光雷达1和2D激光雷达2同时旋转，所述2D激光雷达2位于3D激光雷达1的下侧；2D激光雷达2用于扫描自身安装平面内的环境信息，3D激光雷达1扫描自身安装平面向上夹角为0°～45°范围内的环境信息；

板卡4设置在基座9内，所述板卡4用于安装板卡电源电路41、2D激光雷达数据处理器42、电机驱动控制器43、编码器数据处理器44和3D激光雷达数据处理器45；

板卡电源电路41用于为2D激光雷达数据处理器42、电机驱动控制器43、编码器数据处理器44和3D激光雷达数据处理器45供电；

2D激光雷达数据处理器42的环境信号输入端连接2D激光雷达2的扫描信号输出端，