[发明专利]一种基于多传感器融合的差动轮式机器人及沿墙导航方法

说明书

本发明公开了一种基于多传感器融合的差动轮式机器人及沿墙导航方法，机器人包括机器人本体、行进机构和旋转机构，机器人本体包括单点测距传感器、激光雷达、融合模块；方法包括：S1，初始化机器人与传感器，S2，获得传感器信息，S3，多传感器信息融合，S4，机器人位置矫正，S5，机器人姿态矫正，S6，机器人沿墙导航，S7，机器人执行速度指令；本发明应用于差动轮式机器人，融合多传感器信息，单次执行步骤1‑5，再重复以5.5hz的频率执行步骤6‑7完成高效沿墙导航功能；本发明使差动轮式机器人能够按照固定距离高效沿墙移动，自主调节线速度和角速度，变换沿墙对象。

技术领域

本发明涉及机器人智能控制技术领域，尤其是涉及了一种多传感器融合的差动轮式机器人及沿墙导航方法。

背景技术

沿墙导航是指机器人能够沿着环境中墙体的基本轮廓，并与墙体保持一定距离进行移动。当沿墙导航与其他智能行为结合时，移动机器人就可以完成一些复杂的任务。以清洁机器人为例，清洁机器人需要沿着墙边打扫灰尘污渍，此时就需要沿墙导航功能。

而目前机器人往往是利用单点测距传感器进行沿墙导航，该种方法无法感知除了单点测距传感器正对方向以外的环境信息，因而无法有效地获取复杂的环境信息。此外，目前机器人普遍的沿墙导航控制方法对于环境缺乏适应性，不能实时地、动态地、具有自适应能力地调整移动速度。

发明内容

为解决现有技术的不足，实现有效适应复杂环境、自主调节移动速度（包括线速度和角速度）的目的，本发明采用如下的技术方案：

一种基于多传感器融合的差动轮式机器人沿墙导航方法，包括如下步骤：

S1，初始化机器人与传感器；

S2，以固定频率获得传感器信息，以20hz的频率接收右侧单点测距传感器的测距信息并记录为dist_laser，以5.5hz的频率接收激光雷达（如RPLIDAR A1传感器）的扫描信息并实时记录为dist_scan_n（单位为毫米）；

S3，多传感器信息融合，将激光雷达扫描信息划分为多个不同方向的区域，每个区域包括一组距离信息dist_scan_n，计算各区域的最小距离信息并记录为dist_scan_min_N；

S4，机器人位置矫正，当机器人正对墙面时，分别获取面墙区域及该区域两侧的区域，到墙的最小距离信息，通过最小距离信息之间的几何关系，矫正机器人与墙面的位置关系；

S5，机器人姿态矫正，当机器人一侧面墙时，分别获取面墙区域两侧的区域，到墙的最小距离信息，通过两者的比值，矫正机器人相对墙面的姿态；

S6，机器人沿墙导航，当机器人沿墙行驶时，分别获取面墙区域两侧的区域，到墙的最小距离信息，通过两者的比值，调整机器人的线速度；通过设置在机器人靠墙侧的测距传感器，获取的测距信息，通过测距信息与预设沿墙距离的比较，调整机器人的角速度；

S7，机器人执行速度指令，根据线速度和角速度移动机器人。

进一步地，所述步骤S2中接收激光雷达的扫描信息及其对应的索引index_n，扫描信息为每帧360个距离信息dist_scan_n，其中n为0到359的整数；所述步骤S3中将扫描信息平均划分为6个区域，每个区域由60个距离信息及其对应的索引index_n组成，区域包括：表示右后方向的A区域、表示正右方向的B区域、表示右前方向的C区域、表示左前方向的D区域、表示正左方向的E区域、表示左后方向的的F区域；各区域对应的索引包括：index_0-index_59、index_60-index_119、index_120-index_179、index_180-index_239、index_240-index_299、index_300-index_359。