一種機(jī)器人導(dǎo)航地圖生成系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種機(jī)器人導(dǎo)航地圖生成系統(tǒng)，主控裝置設(shè)在機(jī)器人上，計(jì)數(shù)模塊獲取里程計(jì)數(shù)裝置記錄的里程數(shù)，當(dāng)機(jī)器人行走30mm時(shí)發(fā)送停止行走信息給驅(qū)動(dòng)裝置；計(jì)時(shí)模塊獲取機(jī)器人停止時(shí)間，當(dāng)機(jī)器人停止3s發(fā)送驅(qū)動(dòng)信息給驅(qū)動(dòng)裝置；數(shù)據(jù)接收和傳送模塊獲取停止行走信息發(fā)送啟動(dòng)信息至拍攝裝置和激光掃描裝置開始進(jìn)行拍攝和掃描；獲取驅(qū)動(dòng)信息發(fā)送停止信息至拍攝裝置和激光掃描裝置停止拍攝和掃描；存儲(chǔ)模塊獲得拍攝裝置拍攝的三維圖像、激光掃描裝置掃描的二維坐標(biāo)，存儲(chǔ)三維圖像以及存儲(chǔ)和前一組已存儲(chǔ)的二維坐標(biāo)數(shù)據(jù)重合率達(dá)到70％以上的后一組二維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并將存儲(chǔ)的三維圖像和二維坐標(biāo)數(shù)據(jù)匹配生成三維立體地圖。
【專利說明】
一種機(jī)器人導(dǎo)航地圖生成系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)器人導(dǎo)航領(lǐng)域，具體涉及一種機(jī)器人導(dǎo)航地圖生成系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前國內(nèi)導(dǎo)航技術(shù)狀況，主要分為GPS導(dǎo)航模式和純激光導(dǎo)航模式。GPS在電磁干擾大的環(huán)境下根本不能很好的接收到衛(wèi)星信號(hào)，因此在變電站等特定環(huán)境下GPS導(dǎo)航是完全不能實(shí)現(xiàn)定位，更不能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航。純激光導(dǎo)航雖然也可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航，但不能給人視覺上的直觀感，激光只是采用點(diǎn)點(diǎn)比對進(jìn)行定位，掃描點(diǎn)重合度達(dá)到多少才可以確定位置和航向，對判據(jù)要求嚴(yán)格，因此在掃描點(diǎn)相對少的區(qū)域點(diǎn)的重合率達(dá)不到的時(shí)候就不容易定位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種機(jī)器人導(dǎo)航地圖生成系統(tǒng)，為機(jī)器人導(dǎo)航提供精確定位和直觀看到機(jī)器人當(dāng)前運(yùn)行位置。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下:
[0005]—種機(jī)器人導(dǎo)航地圖生成系統(tǒng)，包括:設(shè)在機(jī)器人上的驅(qū)動(dòng)裝置、為所述驅(qū)動(dòng)裝置提供動(dòng)力的蓄電池、行走執(zhí)行機(jī)構(gòu)、拍攝三維圖像的拍攝裝置、進(jìn)行二維掃描的激光掃描裝置，計(jì)量機(jī)器人行走距離的里程計(jì)數(shù)裝置，還包括:
[0006]主控裝置，所述主控裝置設(shè)在機(jī)器人上，所述主控裝置與所述驅(qū)動(dòng)裝置、行走執(zhí)行機(jī)構(gòu)、拍攝裝置、激光掃描裝置、里程計(jì)數(shù)裝置相連，所述驅(qū)動(dòng)裝置與所述行走執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接，所述主控裝置包括:
[0007]計(jì)數(shù)模塊，獲取所述里程計(jì)數(shù)裝置記錄的機(jī)器人行走的里程數(shù)，當(dāng)機(jī)器人行走路徑達(dá)到30_時(shí)，發(fā)送停止行走信息給所述驅(qū)動(dòng)裝置；
[0008]計(jì)時(shí)模塊，獲取機(jī)器人停止行走的時(shí)間，當(dāng)機(jī)器人停止行走的時(shí)間達(dá)到3s時(shí)，發(fā)送驅(qū)動(dòng)信息給所述驅(qū)動(dòng)裝置；
[0009]數(shù)據(jù)接收和傳送模塊，獲取所述停止行走信息，并發(fā)送啟動(dòng)信息至所述拍攝裝置和激光掃描裝置開始進(jìn)行拍攝和掃描;獲取所述驅(qū)動(dòng)信息，并發(fā)送停止信息至所述拍攝裝置和激光掃描裝置停止拍攝和掃描；
[0010]存儲(chǔ)模塊，獲得所述拍攝裝置拍攝的三維圖像、所述激光掃描裝置掃描的二維坐標(biāo)，存儲(chǔ)所述三維圖像，以及存儲(chǔ)和前一組已存儲(chǔ)的二維坐標(biāo)數(shù)據(jù)重合率達(dá)到70%以上的后一組二維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并將存儲(chǔ)的所述三維圖像和二維坐標(biāo)數(shù)據(jù)匹配生成三維立體地圖。
[0011]本發(fā)明提供的一種機(jī)器人導(dǎo)航地圖生成系統(tǒng)，通過里程計(jì)數(shù)裝置和主控裝置中的計(jì)數(shù)模塊以及計(jì)時(shí)模塊，控制機(jī)器人每行走30mm停止一次，停止過程中，通過二維激光掃描裝置和三維圖像拍攝裝置分別對機(jī)器人當(dāng)前行走路徑的環(huán)境進(jìn)行掃描和拍攝，獲得二維坐標(biāo)數(shù)據(jù)組和三維圖像。每拍攝一次，獲得的三維圖像均會(huì)被保存，同時(shí)，因?yàn)樵诙S激光掃描過程中，每30mm距離掃描的數(shù)據(jù)組會(huì)有部分重疊數(shù)據(jù)，為了提高定位準(zhǔn)確性，只有當(dāng)后一組掃描數(shù)據(jù)和前一組已經(jīng)被保存的掃描數(shù)據(jù)有70%以上的重合率，則證明后一組的掃描數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，可以被保存。主控的存儲(chǔ)模塊中每次存儲(chǔ)的三維圖像和二維坐標(biāo)數(shù)據(jù)都會(huì)被相互配合，相當(dāng)于坐標(biāo)點(diǎn)和圖像的結(jié)合，多組三維圖像和二維坐標(biāo)數(shù)據(jù)配合后形成機(jī)器人行走路徑的三維立體地圖。參考該三維立體地圖，能夠?qū)C(jī)器人行走時(shí)的所在位置精確定位，而且使用該三維立體地圖，因?yàn)橛腥S圖像參考，對于二維激光掃描點(diǎn)的重合率要求相對較低。
[0012]進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)裝置為伺服電機(jī)。
[0013]進(jìn)一步地，所述行走執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括頭部和用于帶動(dòng)機(jī)器人行走兩個(gè)行動(dòng)輪；
[0014]所述兩個(gè)行動(dòng)輪設(shè)在機(jī)器人的底部，所述頭部設(shè)在機(jī)器人的頂部，所述頭部和兩個(gè)行動(dòng)輪均通過轉(zhuǎn)軸與機(jī)器人主體連接。
[0015]進(jìn)一步地，所述拍攝裝置為雙目立體相機(jī)。
[0016]進(jìn)一步地，所述激光掃描裝置為激光掃描儀。
[0017]進(jìn)一步地，所述雙目立體相機(jī)和所述激光掃描儀均設(shè)在機(jī)器人的頭部。
[0018]進(jìn)一步地，所述激光掃描儀掃描的最大角度為190°，掃描精度為±15mm，掃描的最遠(yuǎn)距離為80米。
[0019]進(jìn)一步地，所述里程計(jì)數(shù)裝置是碼盤。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明提供的機(jī)器人導(dǎo)航地圖生成系統(tǒng)中機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021 ]圖2為本發(fā)明提供的機(jī)器人導(dǎo)航地圖生成系統(tǒng)模塊圖；
[0022]1.機(jī)器人，2.頭部，3.行動(dòng)輪，4.驅(qū)動(dòng)裝置，5.蓄電池，6.拍攝裝置，7.激光掃描裝置，8.里程計(jì)數(shù)裝置，9.主控裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0024]如圖1和圖2所示，機(jī)器人導(dǎo)航地圖生成系統(tǒng)，包括:設(shè)在機(jī)器人I上的驅(qū)動(dòng)裝置4、為所述驅(qū)動(dòng)裝置4提供動(dòng)力的蓄電池5、行走執(zhí)行機(jī)構(gòu)、拍攝三維圖像的拍攝裝置6、進(jìn)行二維掃描的激光掃描裝置7，計(jì)量機(jī)器人I運(yùn)行距離的里程計(jì)數(shù)裝置8和主控裝置9。
[0025]主控裝置9設(shè)在機(jī)器人I上，所述主控裝置9與所述驅(qū)動(dòng)裝置4、行走執(zhí)行機(jī)構(gòu)、拍攝裝置6、激光掃描裝置7、里程計(jì)數(shù)裝置8相連，所述驅(qū)動(dòng)裝置4與所述行走執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接，所述主控裝置9包括:
[0026]計(jì)數(shù)模塊，獲取所述里程計(jì)數(shù)裝置8記錄的機(jī)器人I行走的里程數(shù)，當(dāng)機(jī)器人I行走路徑達(dá)到30mm時(shí)，發(fā)送停止行走信息給所述驅(qū)動(dòng)裝置4;
[0027]計(jì)時(shí)模塊，獲取機(jī)器人I停止行走的時(shí)間，當(dāng)機(jī)器人I停止行走的時(shí)間達(dá)到3s時(shí)，發(fā)送驅(qū)動(dòng)信息給所述驅(qū)動(dòng)裝置4;
[0028]數(shù)據(jù)接收和傳送模塊，獲取所述停止行走信息，并發(fā)送啟動(dòng)信息至所述拍攝裝置6和激光掃描裝置7開始進(jìn)行拍攝和掃描;獲取所述驅(qū)動(dòng)信息，并發(fā)送停止信息至所述拍攝裝置6和激光掃描裝置7停止拍攝和掃描；
[0029]存儲(chǔ)模塊，獲得所述拍攝裝置6拍攝的三維圖像、所述激光掃描裝置7掃描的二維坐標(biāo)，存儲(chǔ)所述三維圖像，以及存儲(chǔ)和前一組已存儲(chǔ)的二維坐標(biāo)數(shù)據(jù)重合率達(dá)到70%以上的后一組二維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并將存儲(chǔ)的所述三維圖像和二維坐標(biāo)數(shù)據(jù)匹配生成三維立體地圖。
[0030]當(dāng)后一組掃描數(shù)據(jù)和前一組掃描數(shù)據(jù)的重合率未達(dá)到70%時(shí)，存儲(chǔ)模塊將會(huì)自動(dòng)調(diào)整激光掃描的二維坐標(biāo)數(shù)據(jù)達(dá)到與前一組存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)使其重合率達(dá)到70%以上。因?yàn)榧词拱l(fā)生掃描偏差，但是掃描點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)之間的相對位置是一定的，存儲(chǔ)模塊很容易通過相對位置進(jìn)行調(diào)整。
[0031]其中的主控裝置可以通過PLC控制面板或者行業(yè)內(nèi)其它可用的工控設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。
[0032]其中的驅(qū)動(dòng)裝置4優(yōu)選使用伺服電機(jī)，伺服電機(jī)可使控制速度、位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對象。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號(hào)控制，并能快速反應(yīng)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線性度高、始動(dòng)電壓等特性，可把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。
[0033]其中的行走執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括機(jī)器人I的頭部2和用于帶動(dòng)機(jī)器人I行走兩個(gè)行動(dòng)林3，該兩個(gè)行動(dòng)林3設(shè)在機(jī)器人I的底部，頭部2設(shè)在機(jī)器人I的頂部，頭部2和兩個(gè)行動(dòng)林3均通過轉(zhuǎn)軸與機(jī)器人I主體連接，在運(yùn)行過程中，可以在可執(zhí)行范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)任意角度。
[0034]其中的拍攝裝置6優(yōu)選采用雙目立體相機(jī)。激光掃描裝置7為激光掃描儀，該激光掃描儀掃描的最大角度為190°，掃描精度為± 15mm，掃描的最遠(yuǎn)距離為80米，可以優(yōu)選德國進(jìn)口 LMS511SICK激光雷達(dá)。
[0035]其中的雙目立體相機(jī)和激光掃描儀均設(shè)在機(jī)器人I的頭部2，二者相當(dāng)于機(jī)器人I的眼睛。
[0036]而其中的里程計(jì)數(shù)裝置8優(yōu)選為里程計(jì)，也叫碼盤(encoding disk)，測量角位移的數(shù)字編碼器。它具有分辨能力強(qiáng)、測量精度高和工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，是測量軸轉(zhuǎn)角位置的一種最常用的位移傳感器。本方案中碼盤主要采用脈沖計(jì)數(shù)，每個(gè)脈沖車輪轉(zhuǎn)動(dòng)多少來確定機(jī)器人I行走的距離，將脈沖數(shù)反饋給主控裝置9中的計(jì)數(shù)模塊，由計(jì)數(shù)模塊計(jì)算出機(jī)器人I行走距離。
[0037]具體使用時(shí)，蓄電池5提供動(dòng)力，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人I行走，設(shè)置在機(jī)器人I底部的行動(dòng)林3向前滾動(dòng)，同時(shí)，機(jī)器人I的頭部2也會(huì)根據(jù)不同路徑轉(zhuǎn)動(dòng)至不同方向。
[0038]機(jī)器人I上設(shè)置的碼盤隨時(shí)記錄機(jī)器人I的行走距離，因?yàn)榇a盤與主控裝置9連接，主控裝置9中的計(jì)數(shù)模塊能夠獲取碼盤上的記錄的機(jī)器人I行走的里程數(shù)，機(jī)器人I每行走30_，計(jì)數(shù)模塊就會(huì)對伺服電機(jī)發(fā)送停止信息，此時(shí)伺服電機(jī)停止驅(qū)動(dòng)行動(dòng)林3，機(jī)器人I停止行走。與此同時(shí)，主控裝置9中的數(shù)據(jù)接收和傳送模塊獲得該停止行走信息，并發(fā)送啟動(dòng)信息給機(jī)器人I上的雙目立體相機(jī)和激光掃描儀，二者同時(shí)進(jìn)行掃描和拍攝，拍攝的三維圖像隨時(shí)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)模塊中，而掃描的二維坐標(biāo)數(shù)據(jù)只有當(dāng)后一組掃描的數(shù)據(jù)與前一組已經(jīng)保存的二維坐標(biāo)數(shù)據(jù)重合率達(dá)到70%以上，才會(huì)被保存。根據(jù)激光掃描儀和雙目立體相機(jī)的工作效率，掃描和拍攝的總時(shí)間會(huì)有2s多，所以，當(dāng)機(jī)器人I停止時(shí)間達(dá)到3s的時(shí)候，計(jì)時(shí)模塊會(huì)發(fā)送驅(qū)動(dòng)信息給伺服電機(jī)，同時(shí)，數(shù)據(jù)接收和傳送模塊獲取該驅(qū)動(dòng)信息，并發(fā)送停止信息給雙目立體相機(jī)和激光掃描儀，二者停止拍攝和掃描，此時(shí)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)行動(dòng)林3機(jī)器人I繼續(xù)行走。
[0039]之后，在機(jī)器人I不斷地停止和行走的過程中存儲(chǔ)了多組拍攝圖像和掃描數(shù)據(jù)，被同時(shí)保存的二維坐標(biāo)數(shù)據(jù)和三維圖像會(huì)在存儲(chǔ)模塊中被配合疊加，多組疊加后生成機(jī)器人I行走路徑的完整的三維立體地圖被保存在存儲(chǔ)裝置中。之后，通過該三維立體地圖能夠更加精確地定位機(jī)器人I行走中的所在位置。
[0040]以上，雖然說明了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方式，但是這些實(shí)施方式只是作為例子提出的，并非用于限定本發(fā)明的范圍。對于這些新的實(shí)施方式，能夠以其他各種方式進(jìn)行實(shí)施，在不脫離本發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)，能夠進(jìn)行各種省略、置換、及變更。這些實(shí)施方式和其變形，包含于本發(fā)明的范圍和要旨中的同時(shí)，也包含于權(quán)利要求書中記載的發(fā)明及其均等范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種機(jī)器人導(dǎo)航地圖生成系統(tǒng)，其特征在于，包括:設(shè)在機(jī)器人上的驅(qū)動(dòng)裝置、為所述驅(qū)動(dòng)裝置提供動(dòng)力的蓄電池、行走執(zhí)行機(jī)構(gòu)、拍攝三維圖像的拍攝裝置、進(jìn)行二維掃描的激光掃描裝置，計(jì)量機(jī)器人行走距離的里程計(jì)數(shù)裝置，還包括: 主控裝置，所述主控裝置設(shè)在機(jī)器人上，所述主控裝置與所述驅(qū)動(dòng)裝置、行走執(zhí)行機(jī)構(gòu)、拍攝裝置、激光掃描裝置、里程計(jì)數(shù)裝置相連，所述驅(qū)動(dòng)裝置與所述行走執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接，所述主控裝置包括: 計(jì)數(shù)模塊，獲取所述里程計(jì)數(shù)裝置記錄的機(jī)器人行走的里程數(shù)，當(dāng)機(jī)器人行走路徑達(dá)至Ij30mm時(shí)，發(fā)送停止行走信息給所述驅(qū)動(dòng)裝置； 計(jì)時(shí)模塊，獲取機(jī)器人停止行走的時(shí)間，當(dāng)機(jī)器人停止行走的時(shí)間達(dá)到3s時(shí)，發(fā)送驅(qū)動(dòng)信息給所述驅(qū)動(dòng)裝置； 數(shù)據(jù)接收和傳送模塊，獲取所述停止行走信息，并發(fā)送啟動(dòng)信息至所述拍攝裝置和激光掃描裝置開始進(jìn)行拍攝和掃描;獲取所述驅(qū)動(dòng)信息，并發(fā)送停止信息至所述拍攝裝置和激光掃描裝置停止拍攝和掃描； 存儲(chǔ)模塊，獲得所述拍攝裝置拍攝的三維圖像、所述激光掃描裝置掃描的二維坐標(biāo)，存儲(chǔ)所述三維圖像，以及存儲(chǔ)和前一組已存儲(chǔ)的二維坐標(biāo)數(shù)據(jù)重合率達(dá)到70%以上的后一組二維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并將存儲(chǔ)的所述三維圖像和二維坐標(biāo)數(shù)據(jù)匹配生成三維立體地圖。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)器人導(dǎo)航地圖生成系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)裝置為伺服電機(jī)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)器人導(dǎo)航地圖生成系統(tǒng)，其特征在于，所述行走執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括頭部和用于帶動(dòng)機(jī)器人行走兩個(gè)行動(dòng)輪； 所述兩個(gè)行動(dòng)輪設(shè)在機(jī)器人的底部，所述頭部設(shè)在機(jī)器人的頂部，所述頭部和兩個(gè)行動(dòng)輪均通過轉(zhuǎn)軸與機(jī)器人主體連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種機(jī)器人導(dǎo)航地圖生成系統(tǒng)，其特征在于，所述拍攝裝置為雙目立體相機(jī)。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種機(jī)器人導(dǎo)航地圖生成系統(tǒng)，其特征在于，所述激光掃描裝置為激光掃描儀。6.根據(jù)權(quán)利要求4和5所述的一種機(jī)器人導(dǎo)航地圖生成系統(tǒng)，其特征在于，所述雙目立體相機(jī)和所述激光掃描儀均設(shè)在機(jī)器人的頭部。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種機(jī)器人導(dǎo)航地圖生成系統(tǒng)，其特征在于，所述激光掃描儀掃描的最大角度為190°，掃描精度為± 15mm，掃描的最遠(yuǎn)距離為80米。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)器人導(dǎo)航地圖生成系統(tǒng)，其特征在于，所述里程計(jì)數(shù)裝置是碼盤。
【文檔編號(hào)】G01C21/00GK105953787SQ201610270635
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月27日
【發(fā)明人】武晉文, 汪黔順, 楊書軍, 方勝勇
【申請人】河北德普電器有限公司