[发明专利]基于单线激光雷达的平衡车室内定位与导航系统

说明书

一种基于单线激光雷达的平衡车室内定位与导航巡回系统，包括服务器、上位机、传感器、运动控制器与运动执行器构成；首先，操作人员在服务器中输入目标点坐标；服务器将目标点坐标发送给上位机，上位机利用传感器信息完成平衡车自身定位与路径规划，上位机再将由路径规划出的期望角速度与期望线速度发送给运动控制器；运动控制器接收上位机发送的信息，并同时采集传感器信息，利用这些信息结合自抗扰控制的方法计算出运动执行器所需要的PWM波占空比，然后把PWM波发送给运动执行器；运动执行器接收到PWM波后，完成平衡车自平衡的同时驱动平衡车向目标点行驶；最终操作人员能在服务器看到地图与平衡车的实时位置、状态信息。

技术领域

本发明涉及一种室内移动机器人的服务、物流场景系统，尤其是一种基于单线激光雷达的平衡车定位与导航系统。

背景技术

近年来随着机器人技术的快速发展，机器人已经能在许多具有危险性的工作场所代替人完成工作，也能帮助人完成许多重复性的劳动。比如目前在医疗、消防、物流等应用场景下，往往是通过提前设定机器人的轨道(放置磁导引线、二维码等标志物)来指引机器人去往目的地。虽然，这是最简单有效且成本较低的方法，但这种方法忽略了在预先设置的轨道上出现障碍物、无法充分利用机器人资源等实际中常常出现的问题。因此通过机器人携带的传感器去感知自身定位，这样的导航方案更能适应室内环境的变化、以及在机器人行驶前方出现动态障碍物等情况。在机器人导航的过程中，通过将机器人的采集到的数据上传到服务器，进行数据分析，利用多台机器人效率最高得完成任务。

现在市面上大多为四轮底盘与两轮差速加一个万向轮的底盘。但这些底盘都有各自的缺陷，第一，四轮具有转弯半径小，对于室内具有移动空间较为受限等问题；第二两轮差速加一个万向轮的组合虽然移动自由度较高，但是缺点是速度受限，导致移动效率不高。

因此为了解决上述问题，基于各种底盘的定位与导航系统被开发完成。廖伦稼提出了一种基于激光SLAM的室内导航车(廖伦稼.一种基于激光SLAM的室内导航车[P].中国专利:CN110207705A,2019-09-06)通过麦克纳姆轮作为小车底盘，但是由于地形限制，麦克纳姆轮的小车遇到崎岖的地面会造成无法分解速度，从而无法横向移动，因此麦克纳姆轮底盘的小车对路面要求较高，因此该方法存在一定的局限性。同时由于基于摄像头的视觉建图与导航，易受环境光的变化而导致导航效果不稳定，因此考虑到导航的稳定性与成本控制，采用二维激光雷达进行机器人的定位建图与导航。

发明内容

本发明克服现有技术上的问题，提出一种基于单线激光雷达的平衡车室内定位与导航巡回系统。

本发明为解决现有技术问题所采用的技术方案是：

一种基于单线激光雷达的平衡车室内定位与导航巡回系统，包括：服务器、上位机、传感器、运动控制器与运动执行器。首先，操作人员在服务器中输入目标点坐标；服务器将目标点坐标发送给上位机，上位机利用传感器信息完成平衡车自身定位与路径规划，上位机再将由路径规划出的期望角速度与期望线速度发送给运动控制器；运动控制器接收上位机发送的信息，并同时采集传感器信息，利用这些信息结合自抗扰控制的方法计算出运动执行器所需要的PWM波占空比，然后把PWM波发送给运动执行器；运动执行器接收到PWM波后，完成平衡车自平衡的同时驱动平衡车向目标点行驶；最终操作人员能在服务器看到地图与平衡车的实时位置、状态信息。

服务器具有显示地图与平衡车实时位置状态信息、生成目标点并发送等功能，这些功能是由服务器中三个软件模块共同协作实现的，它们分别为：通讯模块、目标生成模块与显示模块。下面是对服务器中三个模块的具体功能阐述：

所述通讯模块，主要用于服务器与上位机间的Socket通讯:上位机的Socket通讯单元从建图单元中订阅地图、从定位单元得到实时的平衡车位姿与状态信息，并把这些信息转为json格式，以字节流的形式通过Socket通讯的方式发送给服务器的通讯模块，最终再把这些数据输出给显示模块，用于展示给操作人员；服务器的通讯模块负责把从目标生成模块中得到的目标点坐标发送给上位机通讯模块的Socket通讯单元。