[发明专利]基于UWB和激光雷达混合定位的行人跟随系统及方法

说明书

本发明提出了一种基于UWB和激光雷达混合定位的行人跟随系统方法，采用UWB对行人进行初步的定位与识别，然后利用激光雷达对行人进行精确的定位与识别，有效避障，满足复杂环境下行人的精确跟随以及定位；采用动态窗口法来进行避障，精准度更高；采用Kalman滤波对机器人的运动进行滤波处理，稳定性更强。

技术领域

本发明涉及机器人跟随系统，尤其涉及一种基于UWB和激光雷达混合定位的行人跟随系统及方法。

背景技术

机器人跟随技术是指机器人保持一定的距离和速度跟随行人，并辅助行人完成相关的社会生产活动。跟随机器人无论在服务机器人、仓储快消行业等都有广阔的应用前景。在仓储分拣系统中，跟随机器人跟随行人到达货架拣货区分拣订单货物，这不仅大大降低了人的劳动强度，而且还极大低提高了整个分拣任务的效率；在服务机器人领域，跟随技术可以帮助类似于迎宾机器人进行个性化服务。

目前跟随技术主要采用超声波定位跟随、蓝牙定位跟随、超宽带射频信号(UWB)定位跟随等。超声波定位由于超声波存在衍射现象，导致定位不稳定，不能进行更精确的定位跟随任务；蓝牙定位由于依靠蓝牙信号进行三角定位，该方法定位误差较大达到米级，也无法进行精确的定位跟随任务；而超宽带射频信号(UWB)定位目前能达到10cm级，且成本适中目前已经成为机器人跟随领域的应用及研究热点。

中国专利CN201610259595.1就提供了一种基于UWB的自主跟随机器人定位方法及系统，使用UWB无线定位技术实现自主跟随机器人定位，采用窄带脉冲进行通信，不需要载波，传输功率高，功耗小，抗干扰能力和穿透能力强，提高了定位的精度和准确性，从而实现特定目标的跟随。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种基于UWB和激光雷达混合定位的行人跟随系统及方法，满足复杂环境下行人的精确跟随以及定位，采用UWB对行人进行初步的定位与识别，然后利用激光雷达对行人进行精确的定位与识别，最终使机器人能够无碰撞地精确地跟随行人，精度更高，稳定性更强。

本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种基于UWB和激光雷达混合定位的行人跟随系统，其包括至少三个UWB基站、UWB标签、数据处理装置和机器人运动控制装置，还包括激光雷达，其中，

UWB标签置于跟随目标上，接收从UWB基站发来的UWB信号；

UWB基站发送UWB信号，机器人上固定至少三个位置成三角形的UWB基站；

激光雷达，测量跟随目标与机器人之间的距离及角度，测量机器人周围环境信息；

数据处理装置，通过UWB基站和UWB标签计算跟随目标与机器人之间的UWB距离及UWB角度，并根据激光雷达测量的跟随目标与机器人之间的距离及角度，对UWB距离及UWB角度进行校正，并生成一条参考路径；根据激光雷达测量的机器人周围环境信息，在参考路径的基础上生成一条无碰撞的最终路径；针对最终路径生成速度控制指令，并对生成的速度控制指令进行滤波处理，得到平滑的速度控制指令；

机器人运动控制装置，将数据处理装置处理的速度控制指令转化为运动执行机构的执行指令。

第二方面，本发明提供了一种基于UWB和激光雷达混合定位的行人跟随方法，包括以下步骤，

S1，通过UWB基站向UWB标签发送UWB信号，计算跟随目标与机器人之间的UWB距离及UWB角度；

S2，通过激光雷达测量跟随目标与机器人之间的距离及角度，对UWB距离及UWB角度进行校正，假设机器人周围无障碍物，生成一条最近的参考路径；

S3，通过激光雷达测量机器人周围环境信息，创建局部地图，然后根据校正后的机器人相对于跟随目标的距离及角度，在参考路径的基础上生成一条无碰撞的最终路径；