[发明专利]基于单线激光雷达自动升降装置的家用割草机器人、系统以及建图方法

说明书

本发明公开了一种基于单线激光雷达自动升降装置的家用割草机器人、系统以及建图方法，该机器人包括机体、设置于机体上的激光雷达和激光雷达高度自动调节装置、控制装置，所述激光雷达高度自动调节装置包括滚珠丝杠、步进电机、滑块、雷达架、绳索和滑轨，所述滑块设置于滚珠丝杠上，所述激光雷达设置于雷达架上，所述滑轨纵向设置于机体上，所述雷达架配合在滑轨上，所述滑块通过绳索连接着雷达架。本发明利用SLAM算法与2D激光雷达升降控制融合，实现了2D激光雷达高度的无极调节，提高了建立的二维栅格地图的精确度，解决了单线激光雷达不能实现多平面感知的问题，避免了因激光雷达误判障碍物位置而出现漏检或碰撞的情况。

技术领域

本发明属于智能割草设备技术领域，具体涉及一种基于单线激光雷达自动升降装置的家用割草机器人、系统以及建图方法。

背景技术

在校园草坪及别墅区草坪的日常维护中，利用割草机器人可以极大地提升工作效率，因此在国内外被广泛应用，但是割草机器人在花丛与树木较多环境下作业时，由于传感器的不稳定性易发生漏检及避障失效。为了降低割草机器人的漏检率及提高其避障能力，在其身上加装了高性能传感器的检测装置，并对割草机器人的稳定性展开了研究。然而，GPS只能在大面积范围且障碍物较少场地中使用，但很难在障碍物较多的场地中使用。因此，选用多线激光雷达可实现三维立体感知，但是经济成本较高，不适合用于家用割草机器人。

所以，必须从本质上研究割草机器人的传感器检测稳定性，探究其在复杂环境下稳定性的方法，设计一种“物美价廉”的家用割草机器人。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种基于单线激光雷达自动升降装置的家用割草机器人、系统以及建图方法，可以提高割草机器人定位实时性，解决单线激光雷达不能实现多平面感知的问题。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种基于单线激光雷达自动升降装置的家用割草机器人，包括机体、设置于机体上的激光雷达和激光雷达高度自动调节装置、用于控制激光雷达高度自动调节装置的控制装置，所述激光雷达高度自动调节装置包括滚珠丝杠、步进电机、滑块、雷达架、绳索和滑轨，所述步进电机用于提供动力给滚珠丝杠，所述滑块设置于滚珠丝杠上，所述激光雷达设置于雷达架上，所述滑轨纵向设置于机体上，所述雷达架配合在滑轨上，所述滑块通过绳索连接着雷达架，所述滑块在滚珠丝杠上来回移动带动雷达架在滑轨上的上下移动，实现激光雷达高度的无级调节。

进一步地，所述控制装置包括锂电池、开发板、单片机和电机驱动器，所述锂电池用于给开发板提供电量，所述开发板用于给单片机提供程度指令，所述单片机用于给电机驱动器提供控制指令，所述电机驱动器用于给步进电机提供正反转控制指令。

进一步地，所述机体和雷达架上分别设置有第一固定环和第二固定环，所述绳索通过第一固定环系在第二固定环上用于防止绳索与滚珠丝杠发生摩擦。

进一步地，所述雷达架上设置有定向圆柱，用于防止激光雷达竖直移动时不在同一水平面。

进一步地，所述滑块在滚珠丝杠上运动的长度等于激光雷达在导轨运动的长度。

本发明还提供一种基于单线激光雷达自动升降装置的家用割草机器人建图方法，包括如下步骤：

S1：启动割草机器人控制节点、建图节点；

S2：实时获取割草机器人附近草坪环境，建立初步的二维栅格地图；

S3：割草机器人在移动的过程中，激光雷达在激光雷达高度自动调节装置的作用下，沿着滑轨做上下移动，当割草机器人前进到花丛高度低于或高于激光雷达设定高度时，启动控制代码调节激光雷达高度，直到可以检测到障碍物位置时停止调节；

S4：沿着当前方向前进，直到遇到不规则的花丛时，返回步骤S3；