[发明专利]一种机器人系统及其路径规划方法

说明书

本发明公开了一种机器人系统及其路径规划方法，特点是建立三维点云地图；将三维点云地图转换为二维栅格地图；根据设定的机器人的起始点与目的地，利用D*算法规划全局路径，得到最初最短路径；在机器人沿最初最短路径运动时，若遇到障碍物，则利用TEB算法进行局部路径规划避开障碍物；最终完成机器人从起始点到目的地的运动；优点是利用3D激光雷达获取机器人周围环境的三维信息；利用RGBD深度相机获取周围环境的图像信息并实时传输到计算控制模块，并且可对机器人的位姿信息做回环检测；且在图像和点云信息获取到的特征点不明显时，融合惯导模块获取机器人实时三维坐标和朝向可对机器人进行更加精确的定位和导航。

技术领域

本发明涉及一种路径规划方法，尤其是一种机器人系统及其路径规划方法。

背景技术

随着机器人特别是四轮机器人技术的发展，针对非结构化场景导航避障，成为越来越迫切的核心需求，是达成四轮机器人高层次作业任务的基础支撑。为了降低研发的成本，一般的做法是采用深度相机来进行机器人的定位、导航和避障，但由于光线的变化及深度相机视角狭窄等因素导致在运动过程中对机器人的定位、导航和避障的稳定性较差，从而降低了对机器人的定位、导航和避障的准确性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种机器人系统及其路径规划方法，不但能提高定位、导航、避障的稳定性，而且能提高定位、导航、避障的准确性。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种机器人系统，包括机器人、数据采集模块、4G路由器、计算控制模块和锂电池供电模块，所述的机器人为阿克曼车式模型；所述的机器人主要包括驱动模块和内部供电模块；

所述的驱动模块由在所述的机器人的后轮部位设置的两个左右对称的直流电机以及在所述的机器人的前轮部位设置的一个直流电机组成；所述的后轮部位的直流电机用于驱动机器人，所述的前轮部位的直流电机用于控制机器人的转向；

所述的数据采集模块由与每个直流电机对应的光电增量编码器、连接两根天线的惯导模块、3D激光雷达和面朝机器人前进方向的RGBD深度相机组成；所述的数据采集模块用于采集机器人的里程计数据、机器人的准确位姿信息、实时点云信息和图像信息；

所述的计算控制模块用于对获取的准确位姿信息、实时点云信息和图像信息进行计算融合，并通过USB转CAN转换器控制所述的驱动模块；

所述的内部供电模块为所述的驱动模块及所述的光电增量编码器提供电力；

所述的锂电池供电模块用于向所述的惯导模块、所述的3D激光雷达、所述的RGBD深度相机、所述的计算控制模块和所述的4G路由器提供电力；

所述的光电增量编码器用于获取机器人的里程计数据并通过USB转CAN转换器与所述的计算控制模块进行通信，所述的里程计数据包括机器人的速度和转弯角度；

所述的惯导模块的一端通过千兆网口连接插有SIM卡的4G路由器并获取差分信息，所述的差分信息为GPS定位误差，所述的差分信息由大气层折射、卫星星历偏差和多路径效应引起；所述的惯导模块的另一端通过USB3.0接口与所述的计算控制模块进行通信；所述的惯导模块通过两根馈线分别与两根天线连接获取两个单点定位信息；所述的惯导模块用于将两个单点定位信息通过差分信息进行补偿获得机器人的准确位姿信息，所述的准确位姿信息包括机器人的实时位置信息和朝向；所述的两根天线顶点所确定的直线与机器人的前进方向中心轴线垂直且两根天线之间的距离大于等于0.5m；所述的惯导模块与机器人固定连接，其安装底面平行于机器人的基准面且其铭牌上标示的Y轴指向与机器人的前进方向中心轴线平行；两个天线顶点与地面的垂直距离为110cm，且之间的距离为50cm，定位精度为5cm且两个天线顶点确定的直线与机器人的前进方向中心轴线垂直，可准确获得机器人的位置信息和朝向。

所述的3D激光雷达用于获取实时点云信息并通过所述的4G路由器与所述的计算控制模块进行通信；3D激光雷达与后方支架的垂直距离为15cm，雷达下平面与天线顶点的垂直距离为5cm，确保雷达竖直扫描和水平扫描不受到两个天线的干扰。