[发明专利]一种室内导盲机器人

权利要求书

1.一种室内导盲机器人，其特征在于，包括：

机器人终端，用于采集激光测距数据、前往地点数据、位姿数据、周围信息数据和里程计数据，并将采集到的激光测距数据、前往地点数据、位姿数据、周围信息数据和里程计数据上传至导盲决策层，并根据导盲决策层的控制信息进行响应，进行机器人的移动来为盲人的行进提供引导作用；

导盲决策层，用于在构图阶段将收取到的激光测距数据转换为栅格地图，进而构造了实际场景的全局地图；在定位阶段，利用粒子滤波的思想对接收到的激光测距数据和位姿数据进行融合，进而估算出机器人及盲人当前最可能处于的位置，为导盲决策层提供位置参考；将接收到地点数据进行语音识别API服务对语音信息进行识别处理得到用户需要前往的地点，并通过Voice_send节点发布信息到导盲任务栈；并实时播报前进路况信息给盲人供盲人对紧急情况提前做好应对措施；利用粒子滤波的思想将激光测距数据、里程计数据、位姿数据进行融合，对导盲机器人的位置及航向角进行估算，通过move_base包获取周围信息生成全局与局部代价地图，使用A*算法完成路径全局规划，规划出躲避障碍物引导盲人走向目标地点的最优路线；最优路线将通过base_control包将运动期望线速度和自旋速度下发到机器人终端；

所述机器人终端包括：

激光雷达，用于采集激光测距数据，并将采集到的激光测距数据上传至导盲决策层；

语音传感器，用于用户进行语音输入告知机器人其要前往的地点，并将前往地点数据上传至导盲决策层；

陀螺仪，用于采集位姿数据，并将采集到的位姿数据上传至导盲决策层；

摄像头，用于采集周围信息数据，并将采集到的周围信息数据上传至导盲决策层；

运动平台，用于采集里程计原始信息，根据采集到的里程计原始信息估算机器人状态，将机器人状态数据上传至导盲决策层作为里程计数据，并根据导盲决策层的控制信息进行响应，进行机器人的移动来为盲人的行进提供引导作用；

所述运动平台包括：

单片机，用于通过电机状态得到里程计原始信息，估算机器人状态，并将机器人状态数据上传至导盲决策层作为里程计数据，并根据导盲决策层的控制信息进行响应，完成机器人的运动控制；

电机，用于根据单片机的相应控制进行麦克纳母轮的移动来为盲人的行进提供引导作用；

麦克纳母轮，用于根据电机的相应控制进行移动来为盲人的行进提供引导作用；

机器人底盘，与麦克纳母轮滚动连接，用于固定麦克纳母轮；

所述单片机具体用于：

一、对导盲决策层的控制信息进行响应

1)、导盲决策层的速度控制节点以一定的频率将期望平移速度(Vx、Vy)和自旋速度(ω)下发给单片机，单片机将该期望速度根据麦克纳母轮逆运动学模型解算为各轮子的期望转速；

麦克纳母轮逆运动学公式如下：

V1＝Vx-Vy-ω(a+b)

V2＝Vx+Vy-ω(a+b)

V3＝-Vx+Vy-ω(a+b)

V4＝-Vx-Vy-ω(a+b)

其中，a和b分别表示机器人的长度和宽度，以电机转轴为测量点；

Vx表示X轴运动的速度，即左右方向，向左移动为正；

Vy表示Y轴运动的速度，即前后方向，向前移动为正；

ω表示机器人自旋的速度，逆时针为正方向；

弧长l＝2πr＝πd≈37.68，其中r、d分别为麦轮半径和直径；

转速N(n)＝V(n)/37.68*15*Dt n＝1,2,3,4；

对单位统一如下：

A、平移速度单位为：cm/s；

B、旋转速度：rad/s；

C、a、b单位为：cm；

D、线速度V1、V2、V3、V4的单位为：cm/s；

E、弧长l单位为：cm；

F、转速单位为：rpm；

2)单片机以10ms的定时器中断对电机霍尔传感器脉冲进行计数n，通过公式换算出电机转速：Nrpm(转/分钟)

换算公式为：N＝n*100；

3)单片机经由PID控制算法对转速进行控制，以PWM为输出，完成底盘运动控制；

二、通过电机状态得到里程计原始信息，估算机器人状态

1)单片机以10ms的定时器中断对电机霍尔传感器脉冲进行计数n，通过公式换算出电机转速：Nrpm(转/分钟)

2)单片机利用上述测量得到的电机转速N，经由麦克纳母轮正运动模型进行实际运动信息解算，并将此数据上报给导盲决策层作为里程计数据

正运动学解算公式为

FΩr＝V, F＝(R^TR)^-1R^T

其中，F为旋转变换矩阵；

Ω为导盲小车实际旋转角速度；

V为导盲小车的实际平移速度。