[发明专利]多传感器移动平台及基于已知地图的导航与避障方法

说明书

本发明公开了一种多传感器移动平台及基于已知地图的导航与避障方法，该移动平台采用四全向轮驱动结构，嵌入式主控板通过融合电机编码器、二维激光雷达和深度摄像头等传感器数据，实现环境感知。本发明的导航与避障方法，利用既有或新生二维环境地图，通过编码器获取位移增量作为快速参考定位，利用二维激光雷达扫描设定水平面环境轮廓信息，实现移动平台在二维环境地图上的精确定位；为弥补二维激光雷达只能扫描特定水平面轮廓信息的局限，融合深度摄像头，用于获取前方视场内物体的高度信息；移动平台定位后先在地图上规划全局静态路径，运行中不断设定阶段目标，根据实时定位与障碍物探测，通过规划实时动态路径来纠正运行偏差和实现绕行避障。

技术领域

本发明涉及智能机器人技术领域，具体涉及一种多传感器移动平台及基于已知地图的导航与避障方法。

背景技术

既定轨道的移动机器人，无论是通过磁条、色带还是二维码、反光板，由于其工作原理需要人为预先在环境提供反馈信息，因此其工作过程对环境依赖大，甚至需要对环境进行改造，铺设、规划时间长，使用成本高，柔性化相对较差；而且，既定轨道也同时约束了机器人的运动空间，当轨道出现障碍物，则无法运行，需要人为干预。

因此，现有的大部分方案产品已经越来越难以满足市场需求，无论是在制造业还是物流、服务领域。移动机器人适应动态环境，以最快计算速度、实现最优路径规划，进行自主导航与避障，成为亟待解决的智能物流关键问题。

当今计算机集成系统技术和视觉算法的发展，以及先进传感设备的快速更新和低成本化，极大地促进了智能移动机器人的发展，也为移动机器人的定位导航摆脱传统约束提供可能。

发明内容

本发明的目的是为了更方便快捷地实现移动机器人的自主定位、导航与避障，提供一种可自主定位、导航与避障的多传感器移动平台，并在此基础上提出一种高效的、基于已知地图的动态空间定位、导航与避障方法。

本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种利用已知二维地图进行室内环境导航与避障的多传感器移动平台，包括具有全向移动和转动能力的平台本体，处理数据信号的高速嵌入式主控板，水平扫描环境轮廓然后所得信息用于实现移动平台精确定位的二维激光雷达，识别立体障碍物然后所得信息用于指导避障绕行的深度摄像头，以及构建无线网络并用于远程监测和控制的组网通讯设备。

所述的具有全向移动和转动能力的平台本体由4个独立驱动的麦克纳姆轮组(或2个独立驱动的差速轮与1～2个被动轮组成的轮组)及电机、电机驱动器、防撞触边、电池构成；所述每个独立驱动的轮由1个电机驱动；所述的电机配置编码器，用于实时获取电机的转动角度增量，并以高频率发送给电机驱动器；所述的电机驱动器是一个集成式的，其接收各个编码器信息，通过线性运动原理计算得到移动平台中心的位移增量，发送给嵌入式主控板，同时接收主控板的运动参数指令并转化为控制各个电机的脉冲信号，发送给各个电机；所述的嵌入式主控板用于实时获取二维激光雷达和深度摄像头的采集数据，以及来自电机驱动器的位移增量，进而高速计算得到移动平台的位置信息并规划避障导航路径，并向电机驱动器发送运动速度指令；防撞触边用于保护移动平台遭受撞击；电池用于移动平台运行供电。

二维地图为二值地图，每一像素的值0或1代表该像素所描述的空间是否有实体占据；该地图可以事先人为设计或测量、按比例绘制，也可以由本移动平台或其他智能移动设备探测现场而自动生成。

二维激光雷达水平安装在移动平台本体前方的支架或壳体上，随着移动平台行进而扫描其周围一定高度平面的环境轮廓，所得信息实时传输给嵌入式主控板；若移动平台上携带货物高于二维激光雷达扫描平面，则屏蔽移动平台正后方正负45°的信息，以免将携载货物误认为外部障碍物；嵌入式主控板根据二维激光雷达扫描信息，与二维环境地图进行比较确定移动平台的精确位置，并用于运行中的导航与避障。