CN108917747A - 用于移动机器人的导航系统及导航方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于移动机器人的导航系统及导航方法。导航系统包括设置在移动机器人上的激光SLAM导航模块和近场导航模块，激光SLAM导航模块用于将移动机器人引导至距离目标物体预设距离的位置，近场导航模块用于将移动机器人从距离目标物体预设距离的位置引导至目标物体所在的位置。导航方法包括步骤：S1、运用导航系统的激光SLAM导航模块使移动机器人到达距离目标物体预设距离的位置；S2、运用导航系统的近场导航模块将移动机器人从距离目标物体预设距离的位置引导至目标物体所在的位置。本发明通过采用近场导航模块进行二次定位，使移动机器人对目标物体进行精确定位，并引导移动机器人准确地朝着目标物体移动，定位精度高，能满足许多工程现场应用的需求。

Description

用于移动机器人的导航系统及导航方法

技术领域

本发明涉及机器人领域，更具体地说，涉及一种用于移动机器人的导航系统及导航方法。

背景技术

移动机器人是自主控制移动、自动执行工作的智能装置，它可以在地面上或其他表面上移动，它既可以接受用户的指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。随着科学技术的进步，移动机器人在诸如生产、军事、服务等领域均有应用。

为了使移动机器人更好的执行任务，通常希望移动机器人有定位和导航功能。相关技术中，在移动机器人中添加了SLAM(同步定位及建图，Simultaneous LocalizationAnd Mapping)单元，以使移动机器人能够自动定位并创建地图，从而达到导航的目的。其中，激光雷达+SLAM技术相结合的激光SLAM导航是目前定位导航的主流方式，但基于激光SLAM导航的移动机器人由于行走累积误差，环境变化，核心导航零部件精度等多种原因，在需要与设备对接或者需要到达某位置时，定位精度达不到实际工程的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种用于移动机器人的导航系统及导航方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种用于移动机器人的导航系统，包括设置在移动机器人上的激光SLAM导航模块和近场导航模块，所述激光SLAM导航模块用于将所述移动机器人引导至距离目标物体预设距离的位置，所述近场导航模块用于将所述移动机器人从所述距离目标物体预设距离的位置引导至所述目标物体所在的位置。

优选地，在本发明所述的导航系统中，所述目标物体上设置有用于所述近场导航模块识别的可识别标志物。

优选地，在本发明所述的导航系统中，所述目标物体是为所述移动机器人充电的充电装置；

所述近场导航模块用于将所述移动机器人从距离所述充电装置预设距离的位置引导至所述充电装置所在的位置，并使所述移动机器人的充电接口与所述充电装置的充电接口对接。

优选地，在本发明所述的导航系统中，所述近场导航模块为深度相机，所述深度相机获取所述目标物体的图像信息，所述移动机器人根据所述图像信息控制所述移动机器人的行进姿态。

优选地，在本发明所述的导航系统中，所述近场导航模块为激光雷达，所述激光雷达获取所述目标物体的距离信息和方位信息，所述移动机器人根据所述距离信息和方位信息控制所述移动机器人的行进姿态。

本发明还构造了一种用于移动机器人的导航方法，应用于本发明中所述的用于移动机器人的导航系统，该导航方法包括以下步骤：

S1、运用所述导航系统的激光SLAM导航模块，使移动机器人到达距离目标物体预设距离的位置；

S2、运用所述导航系统的近场导航模块将所述移动机器人从所述距离目标物体预设距离的位置引导至所述目标物体所在的位置。

优选地，在本发明所述的导航方法中，所述目标物体是为所述移动机器人充电的充电装置；

所述步骤S1包括：运用所述激光SLAM导航模块，使所述移动机器人到达距离所述充电装置预设距离的位置；

所述步骤S2包括：运用所述近场导航模块将所述移动机器人从所述距离充电装置预设距离的位置引导至所述充电装置所在的位置，并使所述移动机器人的充电接口与所述充电装置的充电接口对接。

优选地，在本发明所述的导航方法中，所述近场导航模块为深度相机，在所述步骤S1之后，所述步骤S2之前，还包括：调整所述移动机器人的姿态，使所述目标物体出现在所述深度相机的视野范围内；

所述步骤S2包括：

S21、所述深度相机获取所述目标物体的图像信息；

S22、所述移动机器人根据所述图像信息控制所述移动机器人的行进姿态，所述行进姿态包括行进方向和行进速度。

优选地，在本发明所述的导航方法中，所述步骤S21包括：

S211、所述深度相机获取所述目标物体上的可识别标志物的图像信息；

所述图像信息包括所述可识别标志物的形状、颜色和亮度中的一种或几种。

优选地，在本发明所述的导航方法中，所述近场导航模块为激光雷达，所述步骤S2包括：

S23、所述激光雷达获取所述目标物体的距离信息和方位信息；

S24、所述移动机器人根据所述距离信息和方位信息控制所述移动机器人的行进姿态，所述行进姿态包括行进方向和行进速度。

实施本发明的用于移动机器人的导航系统及导航方法，具有以下有益效果：本发明通过采用近场导航模块进行二次定位，使移动机器人对目标物体进行精确定位，并引导移动机器人能够准确地朝着目标物体移动，本发明的导航系统及导航方法定位精度高且定位快速高效，能满足许多工程现场应用的需求。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1-图2是本发明用于移动机器人的导航系统一实施例的结构示意图；

图3是本发明用于移动机器人的导航方法的流程框图；

图4是本发明用于移动机器人的导航方法第一实施例的流程框图；

图5是本发明用于移动机器人的导航方法第二实施例的流程框图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

本发明用于移动机器人的导航系统包括设置在移动机器人10上的激光SLAM导航模块和近场导航模块。其中，激光SLAM导航模块用于将移动机器人10引导至距离目标物体预设距离的位置，近场导航模块用于将移动机器人10从距离目标物体预设距离的位置引导至目标物体所在的位置。激光SLAM导航模块一方面通过激光雷达实时创建地图并修正移动机器人10的位置，另一方面通过激光雷达对障碍物的实时检测，有效规划轨迹避开障碍物，提高移动机器人10的适用性和安全性。

优选地，在本发明的导航系统中，目标物体上设置有用于近场导航模块识别的可识别标志物，可识别标志物是便于稳定识别的物体，近场导航模块可以通过识别该可识别标志物来对目标物体进行定位。可选地，该可识别标志物可以是具有一定形状、颜色的物体，例如具有特殊图案的纸张等。

可选地，在本发明的导航系统的一实施例中，近场导航模块为深度相机20，通过深度相机20获取目标物体的图像信息，移动机器人10根据图像信息控制其自身的行进姿态。具体的，移动机器人10根据图像信息得到深度相机20与目标物体的距离以及目标物体的方位，再根据深度相机20与目标物体的距离以及目标物体的方位控制其自身的行进姿态，移动机器人10的行进姿态包括行进方向和行进速度，行进方向例如倒退、前进、左移或者右移等。本发明中，深度相机20可以采用市面上已有的深度相机，目前市面上的深度相机种类繁多，可供选择的范围很广。深度相机20的参数需要根据工程应用要求确定，主要有视角范围和测距距离参数。具体的，深度相机20安装在移动机器人10，且其安装位置可测且便于调整，用户可以根据实际情况进行实时调整，以使可识别标志物稳定地出现在深度相机20的视野范围里，从而确定导航系统算法中主要参数的确定，保证稳定性。

在本发明的导航系统的另一实施例中，近场导航模块还可以为激光雷达，通过激光雷达获取目标物体的距离信息和方位信息，移动机器人10根据距离信息和方位信息控制其自身的行进姿态。移动机器人10的行进姿态包括行进方向和行进速度，行进方向例如倒退、前进、左移或者右移等。优选地，可以使用激光SLAM导航模块中原有的激光雷达作为近场导航模块，可以节约成本。使用激光雷达的优点在于激光雷达不容易受环境因素影响；同时激光雷达的测距范围宽广，可以在很长的范围内进行二次定位调整，适用工程范围广。

本发明用于移动机器人的导航系统可以应用在移动机器人10与设备对接的工程应用上，例如图1-图2所示的优选实施例中，将本发明的用于移动机器人的导航系统应用在移动机器人10自动充电的自动对接工程上。在图1-图2所示的优选实施例中，目标物体是为移动机器人10充电的充电装置30，近场导航模块用于将移动机器人10从距离充电装置30预设距离的位置引导至充电装置30所在的位置，并使移动机器人10的充电接口与充电装置30的充电接口对接。该实施例中，近场导航模块采用深度相机20，充电装置30上设有矩形框形状的纸张作为可识别标志物，通过深度相机20来识别矩形框形状的纸张以确定充电装置30的方位以及充电装置30与深度相机20之间的距离，进而引导移动机器人10朝着充电装置30行进，最终使移动机器人10的充电接口与充电装置30的充电接口对接。

如图3所示，本发明还构造了一种用于移动机器人的导航方法，应用于本发明中所述的用于移动机器人的导航系统。该导航方法包括以下步骤：

S1、运用导航系统的激光SLAM导航模块，使移动机器人10到达距离目标物体预设距离的位置。优选地，预设距离为0.5米～1.5米。当然，预设距离还可以根据具体情况进行设置，本发明对此不做限制。

S2、运用导航系统的近场导航模块将移动机器人10从距离目标物体预设距离的位置引导至目标物体所在的位置。

优选地，在本发明的导航方法第一实施例中，近场导航模块为深度相机20，采用深度相机20作为近场导航模块，可以将定位精度稳定在正负10毫米以内，而且快速高效，完全能满足许多工程现场应用的需求。如图4所示，当近场导航模块为深度相机20时，在步骤S1之后，步骤S2之前，还包括：步骤S100、调整移动机器人10的姿态，使目标物体出现在深度相机20的视野范围内。即，调整移动机器人10的姿态以使深度相机20能找到目标物体，但可以允许目标不在深度相机20的视野中央。当近场导航模块为深度相机20时，步骤S2包括：

S21、深度相机20获取目标物体的图像信息；

S22、移动机器人10根据图像信息控制其自身的行进姿态，从距离目标物体预设距离的位置移动至目标物体所在的位置。具体的，移动机器人10根据图像信息得到深度相机20与目标物体的距离以及目标物体的方位，再根据深度相机20与目标物体的距离以及目标物体的方位控制其自身的行进姿态，移动机器人10的行进姿态包括行进方向和行进速度。其中，行进方向例如倒退、前进、左移或者右移等。在该步骤S22中，移动机器人10根据深度相机20获取的图像信息来指挥移动机器人10移动倒退或者前进来接近目标物体，位置偏左则往右调整，位置偏右则往左调整。行进姿态的调节量和参数，需要根据工程中需要的精度需求和速度需求来具体计算确定，如发现实际情况跟要求的精度有偏差时，则需要调整机器人的工作参数，例如行走线速度和角速度，来进行纠偏。原则上移动机器人10的旋转角速度不能过高，以防止深度相机20丢失目标或产生很突兀的调节量，影响稳定性。

优选地，在本发明的导航方法中，当近场导航模块为深度相机20时，步骤S21包括：

S211、深度相机20获取目标物体上的可识别标志物的图像信息；图像信息包括可识别标志物的形状、颜色和亮度中的一种或几种。例如，可以将可识别标志物设计成具有一定形状，如圆形、矩形或其他形状；或者将可识别标志物设计成具有一定的颜色，如黄色、红色、绿色或其他颜色等；又或者将可识别标志物设计成具有一定的亮度等，通过深度相机20可以去获取这个可识别标志物的颜色、形状和/或亮度，以便对目标物体进行定位，进而引导移动机器人10朝着目标物体行进。

优选地，在本发明的导航方法第二实施例中，近场导航模块为激光雷达。如图5所示，当近场导航模块为激光雷达时，步骤S2包括：

S23、激光雷达获取目标物体的距离信息和方位信息；

S24、移动机器人10根据距离信息和方位信息控制其自身的行进姿态，从距离目标物体预设距离的位置移动至目标物体所在的位置，移动机器人10的行进姿态包括行进方向和行进速度。其中，行进方向例如倒退、前进、左移或者右移等。

本发明用于移动机器人的导航方法可以应用在移动机器人10与设备对接的工程应用上，例如图1-图2所示的优选实施例中，将本发明用于移动机器人的导航系统应用在移动机器人10自动充电的自动对接工程上。在图1-图2所示的优选实施例中，目标物体是为移动机器人10充电的充电装置30，则导航方法中的步骤S1包括：运用激光SLAM导航模块，使移动机器人10到达距离充电装置30预设距离的位置；步骤S2包括：运用近场导航模块将移动机器人10从距离充电装置30预设距离的位置引导至充电装置30所在的位置，并使移动机器人10的充电接口与充电装置30的充电接口对接。在该实施例中，近场导航模块采用深度相机20，充电装置30上设有矩形框形状的纸张作为可识别标志物，通过深度相机20来识别矩形框形状的纸张以确定充电装置30的方位以及充电装置30与深度相机20之间的距离，进而引导移动机器人10朝着充电装置30行进，最终使移动机器人10的充电接口与充电装置30的充电接口对接。

本发明通过采用近场导航模块进行二次定位，使移动机器人10对目标物体进行精确定位，并引导移动机器人10能够准确地朝着目标物体移动，并躲避障碍物，准确到达目标物体。本发明用于移动机器人的导航系统及导航方法定位精度高且定位快速高效，能满足许多工程现场应用的需求，尤其应用在移动机器人10与设备对接，如移动机器人10自动充电的自动对接的工程应用上。

可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种用于移动机器人的导航系统，其特征在于，包括设置在移动机器人上的激光SLAM导航模块和近场导航模块，所述激光SLAM导航模块用于将所述移动机器人引导至距离目标物体预设距离的位置，所述近场导航模块用于将所述移动机器人从所述距离目标物体预设距离的位置引导至所述目标物体所在的位置。

2.根据权利要求1所述的导航系统，其特征在于，所述目标物体上设置有用于所述近场导航模块识别的可识别标志物。

3.根据权利要求1所述的导航系统，其特征在于，所述目标物体是为所述移动机器人充电的充电装置；

所述近场导航模块用于将所述移动机器人从距离所述充电装置预设距离的位置引导至所述充电装置所在的位置，并使所述移动机器人的充电接口与所述充电装置的充电接口对接。

4.根据权利要求1所述的导航系统，其特征在于，所述近场导航模块为深度相机，所述深度相机获取所述目标物体的图像信息，所述移动机器人根据所述图像信息控制所述移动机器人的行进姿态。

5.根据权利要求1所述的导航系统，其特征在于，所述近场导航模块为激光雷达，所述激光雷达获取所述目标物体的距离信息和方位信息，所述移动机器人根据所述距离信息和方位信息控制所述移动机器人的行进姿态。

6.一种用于移动机器人的导航方法，应用于权利要求1-5任一项所述的用于移动机器人的导航系统，其特征在于，该导航方法包括以下步骤：

S1、运用所述导航系统的激光SLAM导航模块，使移动机器人到达距离目标物体预设距离的位置；

S2、运用所述导航系统的近场导航模块将所述移动机器人从所述距离目标物体预设距离的位置引导至所述目标物体所在的位置。

7.根据权利要求6所述的导航方法，其特征在于，所述目标物体是为所述移动机器人充电的充电装置；

所述步骤S1包括：运用所述激光SLAM导航模块，使所述移动机器人到达距离所述充电装置预设距离的位置；

所述步骤S2包括：运用所述近场导航模块将所述移动机器人从所述距离充电装置预设距离的位置引导至所述充电装置所在的位置，并使所述移动机器人的充电接口与所述充电装置的充电接口对接。

8.根据权利要求6或7所述的导航方法，其特征在于，所述近场导航模块为深度相机；

在所述步骤S1之后，所述步骤S2之前，还包括：调整所述移动机器人的姿态，使所述目标物体出现在所述深度相机的视野范围内；

所述步骤S2包括：

S21、所述深度相机获取所述目标物体的图像信息；

S22、所述移动机器人根据所述图像信息控制所述移动机器人的行进姿态，所述行进姿态包括行进方向和行进速度。

9.根据权利要求8所述的导航方法，其特征在于，所述步骤S21包括：

S211、所述深度相机获取所述目标物体上的可识别标志物的图像信息；

所述图像信息包括所述可识别标志物的形状、颜色和亮度中的一种或几种。

10.根据权利要求6或7所述的导航方法，其特征在于，所述近场导航模块为激光雷达，所述步骤S2包括：

S23、所述激光雷达获取所述目标物体的距离信息和方位信息；

S24、所述移动机器人根据所述距离信息和方位信息控制所述移动机器人的行进姿态，所述行进姿态包括行进方向和行进速度。