[发明专利]基于激光雷达和里程计SLAM的智能小车定位导航方法及系统

说明书

本发明公开了基于激光雷达和里程计SLAM的智能小车定位导航方法，包括以下步骤：从控制器通过电机编码器和惯性测量单元IMU获取小车的速度信息和位姿信息，形成里程计信息；主控制器通过激光雷达扫描小车的周围环境形成激光雷达坐标系中的环境点云位置信息；将激光雷达坐标系中的环境点云位置信息与里程计信息结合形成世界坐标系中的环境位置信息，实现对小车的定位和导航。本发明还提供基于激光雷达和里程计SLAM的智能小车定位导航系统。本发明在小车的运动环境中能够构建准确的环境地图，并通过上位机能够在构建的环境地图上设定小车导航的目标位置，实现智能小车自动定位和导航功能，并且具有较高的准确性。

技术领域

本发明涉及人工智能技术领域，尤其涉及基于激光雷达和里程计SLAM的智能小车定位导航方法及系统。

背景技术

随着人工智能技术的不断发展和进步，具备一定的自主定位和导航能力的智能移动设备如服务机器人、无人机、自动导引小车已逐步被应用于家居服务、农业生产、医疗服务、餐饮服务，军事和娱乐等领域。目前，智能移动小车也越来越多被应用于温室大棚、家禽养殖场等场所的智能巡检，以及家庭扫地、餐馆送餐等智能作业。可见能够自主定位和导航的智能移动小车具有重要的实用价值和广阔的应用前景。

作为机器人导航研究的一个重要分支，同步定位与地图构建(SimultaneousLocalization and Mapping，SLAM)理论研究发展迅速，是机器人研究领域的热点和难点，然而，可用于室外SLAM研究的实验平台却比较少。一些研究机构采用简单的移动底盘配合里程计、视觉、超声波传感器等搭建而成，其功能非常有限，定位效果也不理想，而且稳定性不好。

发明内容

针对上述现有技术存在不足，本发明提供基于激光雷达和里程计SLAM的智能小车定位导航方法及系统。

本发明采用的技术方案为：

基于激光雷达和里程计SLAM的智能小车定位导航方法，包括以下步骤：

从控制器通过电机编码器和惯性测量单元IMU获取小车的速度信息和位姿信息，形成里程计信息；

主控制器通过激光雷达扫描小车的周围环境形成激光雷达坐标系中的环境点云位置信息；

将激光雷达坐标系中的环境点云位置信息与里程计信息结合形成世界坐标系中的环境位置信息，实现对小车的定位和导航。

作为本发明的进一步技术方案为：所述从控制器通过电机编码器和惯性测量单元IMU获取小车的速度信息和位姿信息，形成里程计信息；具体包括：

电机编码器将小车的速度信息发送至从控制器；

惯性测量单元IMU将小车的位姿信息发送至从控制器；

从控制器根据小车当前时刻与上一时刻的速度信息和位姿信息变换生成里程计信息。

作为本发明的进一步技术方案为：所述里程计的起始点为小车运动的原点位置，结合编码器返回电机转速和小车的运动学模型，得到小车的速度信息，通过获取小车运动的位置、转角、速度信息得到小车相对于世界坐标系原点更新的位置坐标信息。

作为本发明的进一步技术方案为：所述惯性测量单元IMU将小车的位姿信息发送至从控制器；具体包括：

惯性测量单元IMU安装在小车中心位置，惯性测量单元IMU将所测小车的运动状态信息定时发送至从控制器，通过DMP姿态解算得到小车的位姿信息。

作为本发明的进一步技术方案为：所述主控制器还连接无线通信模块，所述主控制器通过无线通信模块与上位机连接，所述上位机在由SLAM技术所构建的地图上标定小车导航的目标位置。

进一步的，所述无线通信模块为WiFi或4G模块。