一種機器人導航地圖生成系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種機器人導航地圖生成系統,主控裝置設在機器人上,計數模塊獲取里程計數裝置記錄的里程數,當機器人行走30mm時發送停止行走信息給驅動裝置;計時模塊獲取機器人停止時間,當機器人停止3s發送驅動信息給驅動裝置;數據接收和傳送模塊獲取停止行走信息發送啟動信息至拍攝裝置和激光掃描裝置開始進行拍攝和掃描;獲取驅動信息發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,存儲三維圖像以及存儲和前一組已存儲的二維坐標數據重合率達到70%以上的后一組二維坐標數據,并將存儲的三維圖像和二維坐標數據匹配生成三維立體地圖。
【專利說明】
一種機器人導航地圖生成系統
技術領域
[0001]本發明屬于機器人導航領域,具體涉及一種機器人導航地圖生成系統。
【背景技術】
[0002]目前國內導航技術狀況,主要分為GPS導航模式和純激光導航模式。GPS在電磁干擾大的環境下根本不能很好的接收到衛星信號,因此在變電站等特定環境下GPS導航是完全不能實現定位,更不能實現導航。純激光導航雖然也可以實現導航,但不能給人視覺上的直觀感,激光只是采用點點比對進行定位,掃描點重合度達到多少才可以確定位置和航向,對判據要求嚴格,因此在掃描點相對少的區域點的重合率達不到的時候就不容易定位。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供一種機器人導航地圖生成系統,為機器人導航提供精確定位和直觀看到機器人當前運行位置。
[0004]為了達到上述目的,本發明的具體技術方案如下:
[0005]—種機器人導航地圖生成系統,包括:設在機器人上的驅動裝置、為所述驅動裝置提供動力的蓄電池、行走執行機構、拍攝三維圖像的拍攝裝置、進行二維掃描的激光掃描裝置,計量機器人行走距離的里程計數裝置,還包括:
[0006]主控裝置,所述主控裝置設在機器人上,所述主控裝置與所述驅動裝置、行走執行機構、拍攝裝置、激光掃描裝置、里程計數裝置相連,所述驅動裝置與所述行走執行機構連接,所述主控裝置包括:
[0007]計數模塊,獲取所述里程計數裝置記錄的機器人行走的里程數,當機器人行走路徑達到30_時,發送停止行走信息給所述驅動裝置;
[0008]計時模塊,獲取機器人停止行走的時間,當機器人停止行走的時間達到3s時,發送驅動信息給所述驅動裝置;
[0009]數據接收和傳送模塊,獲取所述停止行走信息,并發送啟動信息至所述拍攝裝置和激光掃描裝置開始進行拍攝和掃描;獲取所述驅動信息,并發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,存儲所述三維圖像,以及存儲和前一組已存儲的二維坐標數據重合率達到70%以上的后一組二維坐標數據,并將存儲的所述三維圖像和二維坐標數據匹配生成三維立體地圖。
[0011]本發明提供的一種機器人導航地圖生成系統,通過里程計數裝置和主控裝置中的計數模塊以及計時模塊,控制機器人每行走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器人當前行走路徑的環境進行掃描和拍攝,獲得二維坐標數據組和三維圖像。每拍攝一次,獲得的三維圖像均會被保存,同時,因為在二維激光掃描過程中,每30mm距離掃描的數據組會有部分重疊數據,為了提高定位準確性,只有當后一組掃描數據和前一組已經被保存的掃描數據有70%以上的重合率,則證明后一組的掃描數據準確,可以被保存。主控的存儲模塊中每次存儲的三維圖像和二維坐標數據都會被相互配合,相當于坐標點和圖像的結合,多組三維圖像和二維坐標數據配合后形成機器人行走路徑的三維立體地圖。參考該三維立體地圖,能夠對機器人行走時的所在位置精確定位,而且使用該三維立體地圖,因為有三維圖像參考,對于二維激光掃描點的重合率要求相對較低。
[0012]進一步地,所述驅動裝置為伺服電機。
[0013]進一步地,所述行走執行機構包括頭部和用于帶動機器人行走兩個行動輪;
[0014]所述兩個行動輪設在機器人的底部,所述頭部設在機器人的頂部,所述頭部和兩個行動輪均通過轉軸與機器人主體連接。
[0015]進一步地,所述拍攝裝置為雙目立體相機。
[0016]進一步地,所述激光掃描裝置為激光掃描儀。
[0017]進一步地,所述雙目立體相機和所述激光掃描儀均設在機器人的頭部。
[0018]進一步地,所述激光掃描儀掃描的最大角度為190°,掃描精度為±15mm,掃描的最遠距離為80米。
[0019]進一步地,所述里程計數裝置是碼盤。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明提供的機器人導航地圖生成系統中機器人的結構示意圖;
[0021 ]圖2為本發明提供的機器人導航地圖生成系統模塊圖;
[0022]1.機器人,2.頭部,3.行動輪,4.驅動裝置,5.蓄電池,6.拍攝裝置,7.激光掃描裝置,8.里程計數裝置,9.主控裝置。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖對本發明的實施方式進行說明。
[0024]如圖1和圖2所示,機器人導航地圖生成系統,包括:設在機器人I上的驅動裝置4、為所述驅動裝置4提供動力的蓄電池5、行走執行機構、拍攝三維圖像的拍攝裝置6、進行二維掃描的激光掃描裝置7,計量機器人I運行距離的里程計數裝置8和主控裝置9。
[0025]主控裝置9設在機器人I上,所述主控裝置9與所述驅動裝置4、行走執行機構、拍攝裝置6、激光掃描裝置7、里程計數裝置8相連,所述驅動裝置4與所述行走執行機構連接,所述主控裝置9包括:
[0026]計數模塊,獲取所述里程計數裝置8記錄的機器人I行走的里程數,當機器人I行走路徑達到30mm時,發送停止行走信息給所述驅動裝置4;
[0027]計時模塊,獲取機器人I停止行走的時間,當機器人I停止行走的時間達到3s時,發送驅動信息給所述驅動裝置4;
[0028]數據接收和傳送模塊,獲取所述停止行走信息,并發送啟動信息至所述拍攝裝置6和激光掃描裝置7開始進行拍攝和掃描;獲取所述驅動信息,并發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,存儲所述三維圖像,以及存儲和前一組已存儲的二維坐標數據重合率達到70%以上的后一組二維坐標數據,并將存儲的所述三維圖像和二維坐標數據匹配生成三維立體地圖。
[0030]當后一組掃描數據和前一組掃描數據的重合率未達到70%時,存儲模塊將會自動調整激光掃描的二維坐標數據達到與前一組存儲的數據使其重合率達到70%以上。因為即使發生掃描偏差,但是掃描點和目標點之間的相對位置是一定的,存儲模塊很容易通過相對位置進行調整。
[0031]其中的主控裝置可以通過PLC控制面板或者行業內其它可用的工控設備來實現。
[0032]其中的驅動裝置4優選使用伺服電機,伺服電機可使控制速度、位置精度非常準確,可以將電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅動控制對象。伺服電機轉子轉速受輸入信號控制,并能快速反應,在自動控制系統中,用作執行元件,且具有機電時間常數小、線性度高、始動電壓等特性,可把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。
[0033]其中的行走執行機構包括機器人I的頭部2和用于帶動機器人I行走兩個行動林3,該兩個行動林3設在機器人I的底部,頭部2設在機器人I的頂部,頭部2和兩個行動林3均通過轉軸與機器人I主體連接,在運行過程中,可以在可執行范圍內轉動任意角度。
[0034]其中的拍攝裝置6優選采用雙目立體相機。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,掃描的最遠距離為80米,可以優選德國進口 LMS511SICK激光雷達。
[0035]其中的雙目立體相機和激光掃描儀均設在機器人I的頭部2,二者相當于機器人I的眼睛。
[0036]而其中的里程計數裝置8優選為里程計,也叫碼盤(encoding disk),測量角位移的數字編碼器。它具有分辨能力強、測量精度高和工作可靠等優點,是測量軸轉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數,每個脈沖車輪轉動多少來確定機器人I行走的距離,將脈沖數反饋給主控裝置9中的計數模塊,由計數模塊計算出機器人I行走距離。
[0037]具體使用時,蓄電池5提供動力,伺服電機驅動機器人I行走,設置在機器人I底部的行動林3向前滾動,同時,機器人I的頭部2也會根據不同路徑轉動至不同方向。
[0038]機器人I上設置的碼盤隨時記錄機器人I的行走距離,因為碼盤與主控裝置9連接,主控裝置9中的計數模塊能夠獲取碼盤上的記錄的機器人I行走的里程數,機器人I每行走30_,計數模塊就會對伺服電機發送停止信息,此時伺服電機停止驅動行動林3,機器人I停止行走。與此同時,主控裝置9中的數據接收和傳送模塊獲得該停止行走信息,并發送啟動信息給機器人I上的雙目立體相機和激光掃描儀,二者同時進行掃描和拍攝,拍攝的三維圖像隨時存儲在存儲模塊中,而掃描的二維坐標數據只有當后一組掃描的數據與前一組已經保存的二維坐標數據重合率達到70%以上,才會被保存。根據激光掃描儀和雙目立體相機的工作效率,掃描和拍攝的總時間會有2s多,所以,當機器人I停止時間達到3s的時候,計時模塊會發送驅動信息給伺服電機,同時,數據接收和傳送模塊獲取該驅動信息,并發送停止信息給雙目立體相機和激光掃描儀,二者停止拍攝和掃描,此時伺服電機驅動行動林3機器人I繼續行走。
[0039]之后,在機器人I不斷地停止和行走的過程中存儲了多組拍攝圖像和掃描數據,被同時保存的二維坐標數據和三維圖像會在存儲模塊中被配合疊加,多組疊加后生成機器人I行走路徑的完整的三維立體地圖被保存在存儲裝置中。之后,通過該三維立體地圖能夠更加精確地定位機器人I行走中的所在位置。
[0040]以上,雖然說明了本發明的幾個實施方式,但是這些實施方式只是作為例子提出的,并非用于限定本發明的范圍。對于這些新的實施方式,能夠以其他各種方式進行實施,在不脫離本發明的要旨的范圍內,能夠進行各種省略、置換、及變更。這些實施方式和其變形,包含于本發明的范圍和要旨中的同時,也包含于權利要求書中記載的發明及其均等范圍內。
【主權項】
1.一種機器人導航地圖生成系統,其特征在于,包括:設在機器人上的驅動裝置、為所述驅動裝置提供動力的蓄電池、行走執行機構、拍攝三維圖像的拍攝裝置、進行二維掃描的激光掃描裝置,計量機器人行走距離的里程計數裝置,還包括: 主控裝置,所述主控裝置設在機器人上,所述主控裝置與所述驅動裝置、行走執行機構、拍攝裝置、激光掃描裝置、里程計數裝置相連,所述驅動裝置與所述行走執行機構連接,所述主控裝置包括: 計數模塊,獲取所述里程計數裝置記錄的機器人行走的里程數,當機器人行走路徑達至Ij30mm時,發送停止行走信息給所述驅動裝置; 計時模塊,獲取機器人停止行走的時間,當機器人停止行走的時間達到3s時,發送驅動信息給所述驅動裝置; 數據接收和傳送模塊,獲取所述停止行走信息,并發送啟動信息至所述拍攝裝置和激光掃描裝置開始進行拍攝和掃描;獲取所述驅動信息,并發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,存儲所述三維圖像,以及存儲和前一組已存儲的二維坐標數據重合率達到70%以上的后一組二維坐標數據,并將存儲的所述三維圖像和二維坐標數據匹配生成三維立體地圖。2.根據權利要求1所述的一種機器人導航地圖生成系統,其特征在于,所述驅動裝置為伺服電機。3.根據權利要求1所述的一種機器人導航地圖生成系統,其特征在于,所述行走執行機構包括頭部和用于帶動機器人行走兩個行動輪; 所述兩個行動輪設在機器人的底部,所述頭部設在機器人的頂部,所述頭部和兩個行動輪均通過轉軸與機器人主體連接。4.根據權利要求3所述的一種機器人導航地圖生成系統,其特征在于,所述拍攝裝置為雙目立體相機。5.根據權利要求3所述的一種機器人導航地圖生成系統,其特征在于,所述激光掃描裝置為激光掃描儀。6.根據權利要求4和5所述的一種機器人導航地圖生成系統,其特征在于,所述雙目立體相機和所述激光掃描儀均設在機器人的頭部。7.根據權利要求5所述的一種機器人導航地圖生成系統,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,掃描的最遠距離為80米。8.根據權利要求1所述的一種機器人導航地圖生成系統,其特征在于,所述里程計數裝置是碼盤。
【文檔編號】G01C21/00GK105953787SQ201610270635
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月27日
【發明人】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