[发明专利]用于无地图区域巡逻的自主导航机器人系统及其导航方法

说明书

本发明公开了一种用于无地图区域巡逻的自主导航机器人系统及其导航方法，系统包括机器人本体、远程显控装置；其中，机器人本体包括定位模块、激光雷达模块、中央运算处理模块、行走驱动模块、视频监控模块、无线通信模块以及电源模块。导航方法基于上述系统实现。本发明利用成本较低的设备方案完成对未知探索区域的地图绘制及自主导航，降低了机器人系统实现自主导航的设备成本，且系统架构更为简单高效，降低了故障发生概率，提升了运行效率。此外，地图建模方法相对于传统的三维地图建模方法更简单，降低了机器人系统实现自主导航的运算资源，提高了系统效能，降低了日常巡逻任务对系统资源的占用率，提升了巡逻机器人的续航时间。

技术领域

本发明涉及地面移动式机器人导航技术领域，特别涉及一种用于无地图区域巡逻的自主导航机器人系统及其导航方法。

背景技术

目前典型的具有自主导航的巡逻机器人，普遍采用三维激光扫描设备结合多目视觉设备进行数据融合，绘制三维高精度地图。在执行巡逻任务时，从卫星导航系统获取机器人当前位置，将三维激光扫描设备与多目视觉设备获得的数据处理结果与先验地图进行匹配，以获取局部路径地图，从而引导巡逻机器人自主避障，逐步到达目标位置。

这种自主导航巡逻机器人系统的绘图精度高、定位准确，但存在以下问题：(1)用于构建三维地图的三维激光雷达成本高昂；(2)不论三维模型处理算法、点云配准算法、多目视觉算法，还是基于以上算法的数据融合方法，运算量大，系统响应慢；(3)系统架构复杂，故障率较高；(4)系统运行占用资源较多，续航能力差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对未知区域进行二维路径地图绘制、自主导航的巡逻机器人系统及其导航方法，以大大降低目前巡逻机器人系统的研制成本与系统复杂度。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种用于无地图区域巡逻的自主导航机器人系统，该系统包括机器人本体、远程显控装置；其中，所述机器人本体包括定位模块、激光雷达模块、中央运算处理模块、行走驱动模块、视频监控模块、无线通信模块以及电源模块；

所述定位模块，用于获取机器人本体的位置及姿态信息，并将该信息传输至所述中央运算处理模块；

所述激光雷达模块，用于获取障碍物的距离、方位及尺寸信息，并将该信息传输至所述中央运算处理模块；

所述视频监控模块，用于实时采集机器人本体周边的环境图像信息，并将该信息传输至所述远程显控装置；

所述中央运算处理模块，用于根据机器人本体的位置及姿态信息、机器人本体周边的环境图像信息绘制区域二维路径地图，还用于根据接收到的信息计算避障绕行轨迹，并发送行走指令至行走驱动模块；

所述行走驱动模块，用于驱动机器人本体循迹运动；

所述无线通信模块，用于实现机器人本体与远程显控装置的信息交互；

所述电源模块，用于为自主导航机器人系统提供电能；

所述远程显控装置，用于接收并显示机器人本体发送的各种信息；还用于根据巡逻目标位置集合，按照巡逻指令顺序，结合当前机器人本体位置与区域二维路径地图，解算出最短巡逻路径，并发送运动控制指令至中央运算处理模块；所述巡逻目标位置由操纵人员在远程显控装置上自定义选取设置，巡逻指令顺序是指操纵人员设置巡逻目标的顺序。

基于上述用于无地图区域巡逻的自主导航机器人系统的自主导航方法，包括以下步骤：

步骤1、开启视频监控模块，操纵人员通过远程显控装置操控机器人本体进入无地图区域；

步骤2、操纵人员通过远程显控装置向机器人本体发送绘图指令，中央运算处理模块实时接收定位模块采集的机器人本体的位置点，根据固定频率采样，绘制区域二维路径地图；