[发明专利]树莓派平台下基于激光SLAM的室内导航机器人

说明书

本发明提出一种树莓派平台下基于激光SLAM的室内导航机器人，其特征在于，包括：上位机ROS系统和下位机底盘控制模块；所述上位机ROS系统控制激光雷达采集环境信息，进行二维栅格地图的构建，并在构建好的地图基础上进行路径规划控制机器人到达目标兴趣点；所述下位机底盘控制模块用于驱动两轮差速移动，进行速度的采集反馈和指定速度的控制，再结合PID算法实现运动控制。其依靠树莓派平台，采用了激光雷达作为距离传感器，在树莓派的ROS系统上利用Gmapping算法完成了室内地图的构建，室内机器人的实时定位以及根据构建好的地图完成路径导航。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种树莓派平台下基于激光SLAM的室内导航机器人。

背景技术

公开号为CN205889192U的专利，提出一个利用超声波测距模块获取机器人与被测物体的距离，磁力获取机器人与地磁夹角，运动距离获取机器人电机的输入脉冲，从而实现可以在室内导航的人形机器人。

公开号为CN111578939A的专利，提出了一种考虑考虑采样周期随机变化的机器人紧组合导航方法及系统，通过对周围采集数据作为状态向量，将激光点雷达采集数据和轨迹推算数据进行融合作为方向拓展来对机器人进行路径导航。

现有技术存在以下缺点：

缺点1：公开号为CN205889192U的专利，该方案在绘制室内地图时采用地磁夹角来计算距离，而没有考虑机器人全身与四周的距离，若周围环境发生剧烈变动会导致该机器人无法反应过来。

缺点2：公开号为CN111578939A的专利，该方案通过一次次不断测量周围环境数据来对机器人来进行导航，然而在一个较为稳定的室内环境却要一次次进行周围环境数据测算，这样太过于繁琐。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明提出了一种树莓派平台下基于激光SLAM的室内导航机器人的方案，以完成在室内利用二维激光雷达进行建图，描绘室内平面的二维信息，实时定位和目标兴趣点导航的功能。该机器人分上位机即ROS系统和下位机即底盘控制模块两个部分。上位机是基于树莓派平台的ROS机器人系统，它主要的任务是控制激光雷达采集环境信息，利用这些信息进行二维栅格地图的构建，同时利用AI算法对在构建好的地图基础上进行路径规划控制机器人到达目标兴趣点。下位机主要是由stm32开发板完成，它负责驱动两轮差速机器人，进行速度的采集反馈和指定速度的控制，再结合PID算法来实现精准的运动控制。树莓派和底盘驱动通过串口通信，底盘负责采集并控制机器人电机旋转速度，再通过串口发送给上位机，上位机在ROS系统中对激光雷达采集到的数据转换成对应的二维栅格地图，同时将速度进行处理，并将期望速度反馈给下位机来进行速度的控制。

其利用树莓派和ROS机器人操作系统，通过激光雷达模块和底层电机驱动模块实现室内的激光SLAM机器人，该机器人有两个编码电机驱动的轮子，可以通过Lidar扫描室内的建筑物和沙发家具等障碍物，通过一些算法将这些信息描绘成一张二维栅格地图，通过这个地图可以来实现目标兴趣地点的导航，基于该技术可以实现一些人类无法完成或者危险的事情，在商业和军工领域都具有实用的效果。

本发明具体采用以下技术方案：

一种树莓派平台下基于激光SLAM的室内导航机器人，其特征在于，包括：上位机ROS系统和下位机底盘控制模块；所述上位机ROS系统控制激光雷达采集环境信息，进行二维栅格地图的构建，并在构建好的地图基础上进行路径规划控制机器人到达目标兴趣点；所述下位机底盘控制模块用于驱动两轮差速移动，进行速度的采集反馈和指定速度的控制，再结合PID算法实现运动控制。

优选地，包括：带有由两个编码电机驱动的轮子；采用树莓派和PC，分别作为ROS系统的主机和从机；驱动模块、IMU模块和激光雷达分别连接树莓派；所述驱动模块包括带有码盘的编码电机。