[发明专利]自主导航机器人系统

说明书

本发明提供了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。

技术领域

本发明涉及一种自主导航机器人系统，特别是涉及一种在室内外复杂环境中自主导航的机器人系统。

背景技术

无人车的时代已经到来，但其硬件的高成本和安全性的不完全保证使它仍然不能被广泛使用，而自主导航技术的商业化应用也更多停留在固定的室内环境下。然而，虽然面临诸多问题，自主导航功能却是未来智能机器人的根本。机器人自主导航系统的研发将拥有广阔的市场空间。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种可自主导航的机器人系统，机器人在移动过程中，通过传感器感知自身状态和环境信息，构建地图并确定自己在地图中的位置，在障碍物众多且不断变化的情况下进行定位、路径规划、避障和移动。由于室外环境下光照、阴影、路面、障碍物类型等较于室内都更加复杂，本发明的设计方案在满足室外苛刻的环境要求时，也能够在室内运行。

根据本发明的一方面，提供了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。

在实施例中，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。

在实施例中，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。

在实施例中，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。

在实施例中，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。

在实施例中，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。

在实施例中，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；