[发明专利]自主导航机器人系统

权利要求书

1.一种自主导航机器人系统，包括：

机器人主体，所述机器人主体包括四轮独立悬挂底盘，所述四轮独立悬挂底盘设置有两个驱动前轮以及两个万向后轮；

传感器单元，用于感测所述机器人主体的姿态和环境信息；以及

控制单元，用于根据来自所述传感器单元的信息，构建地图并在地图中定位、路径规划，并以双轮差速驱动方式控制两个驱动前轮进行避障和移动。

2.根据权利要求1所述的自主导航机器人系统，其中，所述机器人主体还包括：

两个光电编码器，分别设置在所述两个驱动前轮的电机上，用于获取机器人的里程信息；

两个电机及其驱动器，设置在所述两个驱动前轮之间，用于驱动所述驱动前轮转动；以及

减速箱，设置在所述电机上，用于将所述电机的转速减少到目标速度。

3.根据权利要求2所述的自主导航机器人系统，其中，所述传感器单元包括：

双目相机，设置在所述机器人主体上方，用于采集所述机器人系统所处环境的图像数据；

惯性测量单元，设置在所述机器人主体的旋转中心处，用于测量所述机器人主体的姿态；以及

激光雷达，设置在所述机器人主体的最顶端，用于探测障碍物，以辅助所述控制单元控制所述机器人主体躲避障碍。

4.根据权利要求3所述的自主导航机器人系统，其中，所述控制单元包括：

中央处理器和图形处理器，用于处理所述传感器单元获取到的信息，结合所述信息对机器人运动轨迹进行决策，并向下位机发送速度控制命令，以控制所述两个驱动前轮行进，并且基于所述双目相机采集到的图像数据，运行即时定位与地图构建算法，以构建地图；以及

下位机，用于向所述中央处理器和图形处理器传输由所述光电编码器记录的数值并且向电机驱动器发送速度命令。

5.根据权利要求4所述的自主导航机器人系统，其中，所述中央处理器和图形处理器运行即时定位与地图构建算法，对所述双目相机采集的每一张图像，提取特征点，将含有特征点信息的图像以及里程信息保存到数据库，并根据里程信息生成由图像构成的3D点云地图，以及将3D地图转换成2D地图。

6.根据权利要求4所述的自主导航机器人系统，其中，所述中央处理器和图形处理器还运行扩展卡尔曼滤波算法，以针对所述光电编码器和所述惯性测量单元进行数据融合，得到更准确的里程数据。

7.根据权利要求5所述的自主导航机器人系统，其中，所述中央处理器和图形处理器通过ROS地图服务器，读取并且使用所述2D地图，利用读取到的地图信息，计算代价地图；

根据所述机器人主体的起始位置和给定的目标位置，利用A*算法求出最短路径以作为导航的全局路径；以及

使用滑动窗口算法来选择局部最优路径，在得出局部最优路径后，将该路径的速度信息作为控制信息发给所述下位机，以控制所述机器人主体完成相应的动作。

8.根据权利要求7所述的自主导航机器人系统，其中，所述滑动窗口算法根据当前速度、加速度以及想要预测的时间来对所述机器人主体将要行驶的路径进行打分，在打分时除了以全局路径作为局部规划的打分依据，还根据所述代价地图得出是否会碰到障碍物、是否会行驶到位置区域的信息，用于判断路径是否合理，以从所有路径中选择最优路径。

9.根据权利要求8所述的自主导航机器人系统，其中，当所述激光雷达探测到障碍物后，通过ROS系统的话题机制将所述障碍物映射到地图中，以使得所述代价地图根据新添加的障碍物进行更新，并且在进行局部规划打分时在有新障碍物的基础上选择最优路径，以最优地躲开障碍物。

10.根据权利要求9所述的自主导航机器人系统，其中，所述中央处理器和图形处理器还运行即时定位与地图构建算法，以根据所述双目相机采集到的图像，找到该图像是否在地图数据库中，以及在地图数据库中的位置，从而确定机器人在实际地图中的位置。