[发明专利]具激光和视觉融合避障系统的智能移动服务机器人

说明书

本发明涉及智能移动服务机器人领域，具激光和视觉融合避障系统的智能移动服务机器人,激光和视觉融合避障系统包括硬件系统以及导航避障系统，硬件系统包括深度相机、激光雷达、机载PC、运动控制板和电机驱动器，导航避障系统包括障碍物定位及数据转换模块、障碍物分类识别模块、数据融合模块、激光导航框架、底盘驱动模块和底盘运动控制模块；导航避障系统除了底盘运动控制模块运行在运动控制板上，其余运行在机载PC上；激光雷达、深度相机和运动控制板连接机载PC，电机驱动器连接运动控制板，该系统在二维激光避障中融合视觉传感器，在壁障中考虑障碍物的类型和障碍物的三维信息，提高智能移动服务机器人避障的精确性、鲁棒性和环境适应能力。

技术领域

本发明涉及智能移动服务机器人领域，特别是涉及智能移动服务机器人的避障系统领域。

背景技术

智能移动服务机器人能够在多个场景连续实时自主移动，通过语音、视觉、触觉等多种传感器与环境和人员进行交互并提供相应的服务，以替代大堂经理、服务员的角色，可应用于家庭、酒店、银行、机场等场景。为了保证安全，服务机器人在自主移动过程中，需要及时避开场景中的桌椅、动物、人等障碍物。智能移动服务机器人的避障的方式一般通过传感器获得外部障碍物的位置信息，在代价地图上规划出一条局部路径，通过运动控制系统沿着规划的路径进行运动，从而可以避开障碍物。

目前服务机器人的避障方式主要包括超声波避障和TOF避障；超声波避障通过在机器人上接入超声波模块，定向发射和接收超声波，根据检测到的距离信息实现避障功能；TOF避障通过红外线或者激光发射特定的波长的光束，记录反射时间差，计算出附近障碍物的距离分布等情况；现有的避障方式采用超声、二维激光等单一传感器，由于单一传感器具有局限性，仅依靠一种传感器无法获得完善的障碍物信息；超声波避障对反射面的光整程度要求较高，在面对没有反射能力或弱反射能力的障碍物时，安全问题不能得到保障；二维激光避障无法实现环境中障碍物的分类识别，从而针对不同的类别采取不同的避障策略，且由于二维激光仅能捕捉到与激光传感器安放位置为同一高度平面的周围环境信息，因此对于异形障碍物，如中空的桌子、下部中空的门等，无法判断其具体的位置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在二维激光避障中融合视觉传感器，在壁障中考虑障碍物的类型和障碍物的三维信息，提高智能移动服务机器人避障的精确性、鲁棒性和环境适应能力的一种智能移动服务机器人的激光视觉融合避障系统。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：具激光和视觉融合避障系统的智能移动服务机器人,所述激光和视觉融合避障系统包括布设在移动服务机器人机身主体上的硬件系统以及导航避障系统，所述硬件系统包括深度相机、激光雷达、机载PC、运动控制板和电机驱动器，所述导航避障系统包括障碍物定位及数据转换模块、障碍物分类识别模块、数据融合模块、激光导航框架和底盘运动控制模块；所述底盘运动控制模块运行在运动控制板上，所述障碍物定位及数据转换模块、障碍物分类识别模块、数据融合模块和激光导航框架运行在机载PC上；所述激光雷达、深度相机和运动控制板连接机载PC，所述电机驱动器连接运动控制板。

所述激光和视觉融合避障系统的导航及避障方法是通过深度相机获得的视觉数据分别发送给障碍物定位及数据转换模块和障碍物分类识别模块，通过激光雷达获得的激光数据发送给数据融合模块，所述障碍物定位及数据转换模块将视觉数据进行处理得出障碍物的定位信息数据发送给数据融合模块，所述障碍物分类识别模块将视觉数据进行处理得出障碍物的类型信息数据发送给数据融合模块，所述数据融合模块将激光数据及障碍物的定位信息数据和障碍物的类型信息数据进行处理得出融合后的障碍物的位置信息数据发送给激光导航框架，所述激光导航框架将障碍物的位置信息数据进行处理得出新的局部代价地图，所述激光导航框架进行局部路径规划得出局部路径规划数据发送给底盘驱动模块，所述底盘驱动模块将局部路径规划数据进行处理得出底盘运动控制数据发送给底盘运动控制模块，所述底盘运动控制模块向电机驱动器发送运动控制命令。