[发明专利]一种移动机器人室外高精度自主导航系统

说明书

本发明公开了一种移动机器人室外高精度自主导航系统，包括机械系统和软件系统；其机械系统由3D扫描仪通过扫描和三维重现获取室外场景信息和室外物体信息；由视觉里程计通过图像信息处理获得移动机器人位移信息；由服务器在3D扫描仪和GPS定位设备之间收发指令和数据；由处理器对3D扫描仪和视觉里程计所述获取的图像进行格式转换以及分辨率调整；由运算模块对移动机器人在移动过程中所耗费的代价进行计算；其软件系统包括机器人操作系统ROS；本发明通过最优路径规划确定当前目标地点，并将机器人由当前所在地点向当前目标地点移动，循环执行直至机器人到达最终目标地点实现自主导航；本发明获取环境信息精准、自主运动过程稳定，成本低，优化效果显著。

技术领域

本发明属于移动机器人自主导航领域，更具体地说涉及到一种适用于户外非结构化环境下的移动机器人高精度自主导航系统。

背景技术

自主导航主要包括局部导航和全局导航两部分，为建立可靠的自主导航系统，机器人需要一边对自身进行定位，一边根据传感器获取的周边环境信息构建局部地图，并完成全局路径的规划。目前虽然已经存在多种适用于室内外的移动机器人，但大多室内环境下的移动机器人采用的是红外传感器或依靠磁条导航等复杂且精度相对较低的设备，导致导航效果欠佳；还有部分室内环境下的移动机器人采用视觉或激光雷达传感器，其导航系统中用来进行探测环境的装置也存在不足，例如：单目视觉传感器组成的探测装置无法精确获得物体的深度信息；双激光雷达传感器组成的探测装置仅能获取空间中两个平面内的障碍物信息，而无法获取周围障碍物的信息等，这导致机器人的导航精度受到影响；此外，利用惯性导航技术的室内机器人虽然可以通过测量加速度后积分得出相应的速度及位移，从而引导室内机器人朝特定方向前进，但是积分累积的误差会随时间而增加。

随着机器人应用场景的广泛，面对未知的环境、无法预测各种可能出现的障碍的非结构化的室外环境下，例如：移动机器人在火星、森林、沙漠等环境下工作时依靠传感器获取的数据不完整且难以处理；标准迭代最近点算法在迭代搜索最近点时只考虑几何信息，在动态环境和非结构化环境下，ICP无法单独实现精确的点云注册性能。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种移动机器人室外高精度自主导航系统，实现移动机器人在室外环境下高精度自主导航，保证机器人获取环境信息更为精准、机器人自主运动过程的更加稳定，且实现成本低廉，优化效果明显。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明移动机器人室外高精度自主导航系统的特点是其包括机械系统和软件系统；

所述机械系统包括GPS定位设备、3D扫描仪、视觉里程计、服务器、处理器和运算模块；在所述机械系统中：由所述3D扫描仪通过扫描和三维重现获取室外场景信息和室外物体信息；由所述视觉里程计通过图像信息处理获得移动机器人位移信息；由所述服务器在3D扫描仪和GPS定位设备之间收发指令和数据；由所述处理器对3D扫描仪和视觉里程计所述获取的图像进行格式转换以及分辨率调整；由所述运算模块对移动机器人在移动过程中所耗费的代价进行计算；所述软件系统包括机器人操作系统ROS；

将机器人开始移动之前的初始地点坐标记为坐标O，将所述初始地点坐标O存入在服务器中的close_list集合中；针对移动中的机器人，按如下步骤进行最优路径规划：

步骤1、利用所述GPS定位设备获得与机器人当前所在地点相邻且可直达的N个直达地点n的坐标集合A，n＝1，2，......N；将所述坐标集合A存入在服务器中的open_list集合中，将机器人当前所在地点坐标记为坐标B存入在服务器中的close_list集合中；

步骤2、针对服务器中存储的坐标B和坐标集合A，由所述运算模块一一对应计算获得机器人由坐标B移动到坐标集合A中的各直达地点n所需付出的代价F_n，从N个代价F_n中筛选出最低代价F_min；