[发明专利]应用于服务机器人的异步式地图构建与定位系统及方法

权利要求书

1.应用于服务机器人的异步式地图构建与定位系统，其特征在于，它包括基座（1）、2D激光雷达（2）、3D激光雷达（3）、板卡（4）、一号传动齿轮（5）、2D激光雷达驱动电机（6）、外轴角度编码器（7）、二号传动齿轮（8）、3D激光雷达驱动电机（9）、内轴角度编码器（10）、旋转主轴外轴（11）、旋转主轴内轴（12）、三号传动齿轮（14）和四号传动齿轮（13）；

基座（1）为中空结构的柱体，沿基座（1）的柱面开有矩形扫描口， 2D激光雷达（2）设置在所述矩形扫描口内；基座（1）的顶端为中空的圆台形结构，所述3D激光雷达（3）设置在所述圆台形结构内，3D激光雷达（3）设置在2D激光雷达（2）的上侧；

一号传动齿轮（5）、2D激光雷达驱动电机（6）、外轴角度编码器（7）、二号传动齿轮（8）、3D激光雷达驱动电机（9）、内轴角度编码器（10）、三号传动齿轮（14）和四号传动齿轮（13）均设置在基座（1）的中空结构内；

基座（1）的中空结构内设有横向的圆形隔板，2D激光雷达驱动电机（6）设置在圆形隔板的下侧，外轴角度编码器（7）用于采集2D激光雷达驱动电机（6）的转速，一号传动齿轮（5）套设在2D激光雷达驱动电机（6）的转动轴上，一号传动齿轮（5）与三号传动齿轮（14）咬合，三号传动齿轮（14）套设在旋转主轴外轴（11）的外侧，旋转主轴外轴（11）与旋转主轴内轴（12）同轴设置，且所述旋转主轴外轴（11）的顶端与2D激光雷达（2）固定连接，旋转主轴内轴（12）穿过2D激光雷达（2）与3D激光雷达（3）的下表面固定连接，且旋转主轴内轴（12）与2D激光雷达（2）之间设有缝隙；旋转主轴内轴（12）与旋转主轴外轴（11）之间设有缝隙，旋转主轴外轴（11）的底端固定在隔板上；

四号传动齿轮（13）套设在旋转主轴内轴（12）的外侧，二号传动齿轮（8）套接在3D激光雷达驱动电机（9）的转动轴上，内轴角度编码器（10）用于采集3D激光雷达驱动电机（9）的转速；2D激光雷达（2）用于采集自身安装平面内的环境信息， 3D激光雷达（3）用于扫描自身所在平面向上夹角为0°~45°范围内的环境信息；

板卡（4）设置在基座（1）的侧面，所述板卡（4）用于安装板卡电源电路（41）、2D激光雷达数据处理器（42）、电机驱动控制器（43）、编码器数据处理器（44）和3D激光雷达数据处理器（45）；

板卡电源电路（41）用于为2D激光雷达数据处理器（42）、电机驱动控制器（43）、编码器数据处理器（44）和3D激光雷达数据处理器（45）供电；

电机驱动控制器（43）的一个控制信号输出端连接2D激光雷达驱动电机（6）的控制信号输入端，电机驱动控制器（43）的另一个控制信号输出端连接3D激光雷达驱动电机（9）的控制信号输入端；

编码器数据处理器（44）的内轴转速信号输入端连接内轴角度编码器（10）转速信号输出端，编码器数据处理器（44）的外轴转速信号输入端连接外轴角度编码器（7）转速信号输出端；

2D激光雷达（2）的扫描信号输出端连接2D激光雷达数据处理器（42）的环境数据信号输入端；

3D激光雷达（3）的扫描信号输出端连接3D激光雷达数据处理器（45）的环境数据信号输入端；

2D激光雷达（2）和3D激光雷达（3）各自独立运行，互不干扰，构成异步结构，扫描转动速度根据需要分别设置；当扫描系统工作旋转时，3D激光雷达（3）及2D激光雷达（2）均旋转，但是转速不同；2D激光雷达（2）与3D激光雷达（3）扫描区域互不重叠。

2.根据权利要求1所述的应用于服务机器人的异步式地图构建与定位系统，其特征在于，二号传动齿轮（8）和四号传动齿轮（13）的比例为1：1。

3.根据权利要求1或2所述的应用于服务机器人的异步式地图构建与定位系统，其特征在于，3D激光雷达（3）包括表面透镜、线性激光发射器、CMOS感光元件和偏光镜；

表面透镜嵌固在基座（1）顶端的圆台形结构上，线性激光发射器、CMOS感光元件和偏光镜均设置在基座（1）的圆台形结构内；

线性激光发射器的激光信号经表面透镜发射至3D激光雷达（3）所旋转的环境中，线性激光发射器的激光信号遇到障碍物后的反射光再次经表面透镜入射至偏光镜，所述反射光经偏光镜后入射至CMOS感光元件的感光面上，所述CMOS感光元件的信号输出端连接3D激光雷达数据处理器（45）的环境数据信号输入端。