CN111251271A - 一种旋转激光雷达及室内地图构建和定位的slam机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种旋转激光雷达及室内地图构建和定位的SLAM机器人，其中3D激光雷达通过激光雷达支座实现与固定座的转动连接，由上述旋转激光雷达构成的室内地图构建和定位的SLAM机器人能够实现对周围环境的全角探测，另外，机器人还包括采集前方图像数据的相机模块和采集机器人自身位置和姿态的位姿捕获单元。旋转3D激光雷达、多角度相机以及位姿捕获单元之间相互配合、相互补充，获取全面准确的机器人周围环境信息，为构建精确性和完整性的三维地图提供了最基础最重要的数据来源。

Description

一种旋转激光雷达及室内地图构建和定位的SLAM机器人

技术领域：

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种旋转激光雷达及室内地图构建和定位的SLAM机器人。

背景技术：

随着科技的进步与社会的发展，定位、定向变得越来越重要。1964年，美国建立了全球定位系统GPS，实现了精准的室外定位。但是对于情况复杂，精确度高的室内定位、室内建图却有较高的难度。目前，前沿的定位技术方向便是SLAM，即时定位与地图构建技术，此技术目前在AGV、无人驾驶汽车、虚拟现实等领域有着广泛的应用。目前业内将SLAM分为激光SLAM和视觉SLAM两大类，但大多SLAM机器人的建图、定位能力具有一定的局限性，如无法检测台阶，无法检测一些较为复杂的障碍物、定位精度不高等。而室内建图，尤其是建立精确的较为复杂的3D地图的需求日益增强。因此，设计一个具有高精度，可以建立较为复杂障碍地图环境的机器人是十分有必要的。目前，大多SLAM机器人采用3D激光雷达一般固定不动，激光雷达的探测视角较窄，当检测距离较远、结构较为复杂的障碍时，即使在视野范围内也会存在较大距离的盲区。

发明内容：

本发明目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种室内地图构建和定位的SLAM机器人，解决了现有的SLAM机器人获取的周围环境数据准确性较低，难以构建精确的三维地图的问题。

为了实现上述目的，本发明涉及的旋转激光雷达，包括3D激光雷达、激光雷达支座和固定支座，所述激光雷达支座包括与固定座上的环形空腔对应的转轮，转轮的外圈均布轮齿，靠近轮齿设置轮圈，转轮内圈设有固定底座，3D激光雷达固定在底座上，激光雷达支座上的轮圈与固定在环形空腔四周的第一滚珠轴承转动连接，轮齿与传动单元啮合，在驱动单元的驱动下，绕环形空腔转动。

具体地，固定座为环境扫描单元支座，相机架和激光雷达架卡接构成环境扫描单元支座，在环境扫描单元支座的上部形成环形空腔，惰轮、同步带轮和正时皮带构成传动单元，步进电机支座、步进电机和步进电机驱动构成驱动单元，步进电机支座、步进电机、步进电机驱动、惰轮和同步带轮置于环境扫描单元支座内部腔体内，置于相机架和激光雷达架连接处的正时皮带上部与激光雷达支座外圈的轮齿啮合，正时皮带两端向下伸入环境扫描单元支座内部腔体内，与固定在相机架上的同步带轮啮合，两惰轮固定在正时皮带下部外侧，其从左右两侧将正时皮带下部夹紧，步进电机通过步进电机支座固定在相机架上，步进电机输出端与同步带轮连接，步进电机驱动与步进电机电连接。所述传动单元和驱动单元可以是其他能够实现上述功能的装置。

一种室内地图构建和定位的SLAM机器人，包括环境扫描单元、运动单元、数据处理单元、显示单元、主体外壳、电源单元和位姿捕获单元；环境扫描单元通过相机模块和旋转激光雷达扫描SLAM机器人周围环境，获取环境信息数据；运动单元用于实现机器人的行走移动；数据处理单元基于获取的数据构建三维地图、避障和定位；显示单元用于将数据处理单元得到的结果进行显示，实现人机交互；主体外壳为机器人其他单元提供支撑以及进行保护；电源单元为机器人提供电能；位姿捕获单元用来捕获SLAM机器人的位置与姿态信息，扫描环境单元、运动单元、数据处理单元、显示单元和电源单元均固定在主体外壳上；数据处理单元分别与环境扫描单元、运动单元、显示器单元、电源单元和位姿捕获单元连接，获取相关数据并协调控制各单元之间的工作。

所述相机模块固定在环境扫描单元支座前进方向一侧，用于获取环境图像数据，所述相机模块包括TOF深度相机、双目立体相机、结构光深度相机和避障相机，TOF深度相机、双目立体相机和结构光深度相机，自下而上固定在相机架外侧，避障相机斜向下倾斜安装在主体外壳前方，用于扫描检测机器人正前方的障碍以及地面的纹理信息。

进一步地，在环境扫描单元支座内部腔体内还设有扫描单元风扇，在靠近扫描单元风扇的激光雷达架处设置出风口，助于步进电机散热。

本发明涉及的主体外壳包括机身，顶板和底板，顶板和底板分别固定在环形机身上下两侧，形成主腔室。

本发明涉及的运动单元包括底盘板、轮轴、滚珠轴承单元、主轮、主电机驱动、驱动轮、驱动轮支架、第二滚珠轴承、转向电机耦合器、伺服电机支座和转向伺服电机，驱动轮内置主电机，主电机与主电机驱动电连接，底盘板四周固定在机身上，驱动轮固定在底盘板下部前侧的驱动轮支架上，驱动轮支架通过第二滚珠轴承与底盘板转动连接，转向伺服电机通过伺服电机支座固定在底盘板上部，转向伺服电机通过转向电机耦合器与驱动轮支架连接，对称设置的两轮轴分别通过滚珠轴承单元固定在底盘板下部后侧，轮轴一端分别固定一主轮，主轮置于机身左右两侧的轮槽内。

本实施例涉及的数据处理单元包括小型计算机和微控制器，小型计算机用于图像数据处理、3D建图、精确定位、障碍物确认、人工智能软件安装和运行，微控制器与转向伺服电机、主电机驱动和步进电机驱动连接，控制相应设备的直接运行，微控制器与小型计算机连接，实现两者的数据交互，通过写入指令，小型计算机能够控制微控制器，同时能够处理监视其接收处理的数据，相机模块通过USB集线器与小型计算机连接，3D激光雷达通过以太网交换机与小型计算机连接，将采集的环境数据发送到小型计算机。

本发明涉及的显示单元包括液晶触摸显示器、显示器支座和风扇，显示器支座底部固定在顶板上，与小型计算机连接的液晶触摸显示器固定在显示器支座上部，在液晶触摸显示器下侧的显示器支座内固定风扇，风扇外侧的显示器支座设有通风孔。

进一步地，在SLAM机器人主体外壳侧面设有USB接口、HDMI接口和网线接口，HDMI接口用于将小型计算机与外部显示设备连接，网线接口用于实现大容量数据在SLAM机器人与外部设备之间的传输，如视频数据，USB接口实现小容量数据信息在SLAM机器人与外部设备之间的传输；无线模块固定在在SLAM机器人主体外壳上，无线模块包括第一天线和第二天线，第一天线与小型计算机连接，用于小型计算机与外部设备之间的数据交换，第二天线与微控制器连接，用于微控制器与外部设备之间的数据交换。

进一步地，所述SLAM机器人还包括无线电接收器，无线电接收器与转向伺服电机和主电机驱动器连接。

所述电源单元包括第一直流-直流转换器、第二直流-直流转换器和第三直流-直流转换器、电源、急停按钮开关、电源上电开关，小型计算机开关、液晶触摸显示器开关、充电口和按钮开关，其中，第一直流-直流转换器一端连接电源，另一端与微控制器连接，第二直流-直流转换器一端连接电源，另一端与小型计算机连接，第三直流-直流转换器一端连接电源，另一端与液晶触摸显示器连接，分别用于将电源提供的直流电转变为微控制器、小型计算机和液晶触摸显示器适用的直流电，在SLAM机器人主体外壳上安装急停按钮开关，电源上电开关，小型计算机开关、液晶触摸显示器开关、充电口和按钮开关。

所述位姿捕获单元包括惯性测量单元和数字编码器，在两转轴上分别固定一数字编码器，分别获取两转轴的旋转圈数，惯性测量单元与小型计算机连接，数字编码器与微控制器连接，所述惯性测量单元固定在底盘板上，用于精确获取机器人位姿信息。

本发明的SLAM机器人，除了构建三维地图，还基于构建的三维地图评估受损建筑物的损坏程度，监督保护重要场所。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

(1)通过激光雷达支座实现扫描雷达的广角旋转扫描和定点探测，避免探测过程出现较大距离的盲区，同时能够获取某一物体详实的探测信息，探测出网状障碍物和机器人侧面环境信息，保证了探测数据的全面性和高分辨率。

(2)TOF深度相机、双目立体相机和结构光深度相机三者从不同角度进行扫描，得到机器人正前方大范围、高分辨率和远距离的高质量图像数据，得到障碍物表面的纹理、距离颜色等特征，另外，避障相机探测机器人正下方的环境图形数据，弥补机器人自身结构阻挡导致的探测盲区。

(3)位姿捕获单元能够获取机器人自身的准确的姿态与位置，有助于将环境扫描单元得到的平面图像转换为三维立体图像。

(4)旋转3D激光雷达、多角度相机以及位姿捕获单元之间相互配合、相互补充，获取全面准确的机器人周围环境信息，特别是通过各方数据的融合能够检测一些较为复杂的空间或物体，例如台阶、沟壑、网状的墙等，保证了机器人自身的安全，为构建精确性和完整性的三维地图，提供了最基础的数据来源。

(5)机器人各部件设置合理，体积小，散热好，灵活性好，安装维修方便。

(6)考虑到由于一些不确定的因素造成机器人无法正常自动建图或机器人卡在某一位置，通过无线电接收器可以实现远距离控制，使本发明的SLAM机器人可以完成难度更高的、情况更复杂的建图操作。

(7)数字编码器测量两主轮的旋转圈数，而非测量驱动轮的旋转圈数，避免驱动轮因打滑造成的误差，保证测量位置的准确性。

附图说明：

图1为本发明涉及的SLAM机器人等距视图。

图2为本发明涉及的SLAM机器人结构分解图。

图3为本发明涉及的SLAM机器人后视图。

图4为本发明涉及的SLAM机器人的底盘板下方的等距视图。

图5为本发明涉及的SLAM机器人的底盘板上方的等距视图。

图6为本发明涉及的运动单元的结构分解图。

图7为本发明涉及的环境扫描单元的结构分解图。

图8为本发明涉及的激光雷达支座的等距视图。

其中，101-3D激光雷达，102-激光雷达支座，103-步进电机支座，104-第一滚珠轴承，105-步进电机，106-避障相机，107-扫描单元风扇，108-惰轮，109-同步带轮，110-正时皮带，111-相机架，112-激光雷达架，113-TOF深度相机，114-双目立体相机，115-结构光深度相机，116-轮圈，117-轮齿，118-固定底座，119-步进电机驱动，201-底盘板，202-轮轴，203-滚珠轴承单元，204-主轮，205-驱动轮，206-驱动轮支架，207-第二滚珠轴承，208-转向电机耦合器，209-伺服电机支座，210-转向伺服电机，211-主电机驱动器，301-小型计算机，302-微控制器，303-USB集线器，304-以太网交换机，305-USB接口，306-HDMI接口，307-网线接口，308-第一天线，309-第二天线，310-无线电接收器，401-液晶触摸显示器，402-显示器支座，403-风扇，501-机身，502-顶板，503-底板，601-第一直流-直流转换器，602-第二直流-直流转换器，603-第三直流-直流转换器，604-电源，605-安装急停按钮开关，606-电源上电开关，607-小型计算机开关，608-充电口，609-按钮开关，610-液晶触摸显示器开关，701-惯性测量单元，702-数字编码器。

具体实施方式：

下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步说明。

实施例：

如图1所示，本发明涉及的室内地图构建及定位的SLAM机器人，包括环境扫描单元1、运动单元2、数据处理单元3、显示单元4、主体外壳5、电源单元6和位姿捕获单元7；环境扫描单元1通过相机模块和旋转激光雷达扫描SLAM机器人周围环境，获取环境信息数据；运动单元2用于实现机器人的行走移动；数据处理单元3基于获取的数据构建三维地图、避障和定位；显示单元4用于将数据处理单元得到的结果进行显示，实现人机交互；主体外壳5为机器人其他单元提供支撑以及进行保护，免受外界的损害；电源单元6为机器人提供电能；位姿捕获单元7用来捕获SLAM机器人的位置与姿态信息，扫描环境单元1、运动单元2、数据处理单元3、显示单元4和电源单元6均固定在主体外壳5上；数据处理单元3分别与环境扫描单元1、运动单元2、显示器单元4、电源单元6和位姿捕获单元7连接，获取相关数据并协调控制各部件之间的工作，其中，激光雷达固定在激光雷达支座102上，激光雷达支座102转动连接在环境扫描单元支座上，实现对周围环境的360°探测。

如图1、7和8所示，本发明涉及的环境扫描单元1包括3D激光雷达101、环境扫描单元支座、激光雷达支座102、步进电机支座103、第一滚珠轴承104、步进电机105、惰轮108、同步带轮109、正时皮带110和步进电机驱动119，环境扫描单元支座固定在主体外壳5上部前侧，相机架111和激光雷达架112卡接构成环境扫描单元支座，在环境扫描单元支座的上部形成与转轮对应的环形空腔，步进电机支座103、步进电机105、步进电机驱动119、惰轮108和同步带轮109置于环境扫描单元支座内部腔体内，所述激光雷达支座102包括与环形空腔对应的转轮，转轮的外圈均布轮齿117，靠近轮齿设置轮圈116，转轮内侧设有固定底座118，3D激光雷达101固定在底座118上，激光雷达支座102上的轮圈116与固定在环形空腔四周的第一滚珠轴承104转动连接，置于相机架111和激光雷达架112连接处的正时皮带110上部与激光雷达支座102外圈的轮齿117啮合，正时皮带110两端向下伸入环境扫描单元支座内部腔体内，与固定在相机架111上的同步带轮109啮合，两惰轮108固定在正时皮带110下部外侧，其从左右两侧将正时皮带110下部夹紧，步进电机105通过步进电机支座103固定在相机架111上，步进电机105输出端与同步带轮110连接，步进电机驱动119与步进电机105电连接。在步进电机驱动119的驱动下，步进电机105转动，同步带轮109带动正时皮带110转动，进而带动激光雷达支座102在第一滚珠轴承104的作用下绕环形空腔转动，实现激光雷达架101的转动，实现了对机器人前后左右上下六个方位的360°的全角探测，能够避免现有3D激光雷达固定不动以及远距离探测时存在的探测盲区。为了获得某一探测目标的详实的探测数据，过程中根据需要可以将3D激光雷达101固定在某一点，进行更深一步的探测。全局扫描、定点探测提高了探测的全面性和精确性。在本发明中避免激光雷达支座102转动一周造成缠线，工作时可设定激光雷达支座102的最大旋转角度为180°，该角度下，3D激光雷达依然能够达到对周围环境的无死角探测。可在激光雷达支座102上固定微型开关，准确获取3D激光雷达101的旋转角度。

本发明涉及的环境扫描单元1还包括相机模块，相机模块固定在环境扫描单元支座前进方向一侧，用于获取环境图像数据，所述相机模块包括TOF深度相机113、双目立体相机114、结构光深度相机115和避障相机106，TOF深度相机113、双目立体相机114和结构光深度相机115，自下而上固定在相机架111外侧的凹槽内，避障相机106斜向下倾斜安装在主体外壳5前方，用于扫描检测机器人正前方的障碍以及地面的纹理信息。结构光深度相机115有较高的测量精度与分辨率且扫描范围较大，双目立体相机114分辨率低、精度低但视野范围宽、测量范围大，TOF深度相机113具有优秀的测量精度与分辨率，有较大的测量范围，适合测量较近物体等特点。上述三种相机的相互配合，相互补充获取机器人行进方向上大范围、高分辨率和远距离的图像数据。所述避障相机106为结构模式红外近程高分辨率三维相机，具有1.2米射程，能够获取机器人正前方下侧地面的纹理信息，探测障碍物或沟壑，避免SLAM机器人的机械损坏，同时弥补了TOF深度相机113、双目立体相机114、结构光深度相机115以及3D激光雷达101的探测盲区，使3D建图更为精确。

进一步地，在环境扫描单元支座内部腔体内还设有扫描单元风扇107，在靠近扫描单元风扇107的激光雷达架112处设置出风口，助于步进电机105散热。

如图2所示，本实施例涉及的主体外壳5包括机身501，顶板502和底板503，顶板502和底板503分别固定在环形机身501上下两侧，形成主腔室。环境扫描单元支座固定在顶板502前侧，且环境扫描单元支座内部腔室与主腔室相连通。

如图2、4、5和6所示，本实施例涉及的运动单元2包括底盘板201、轮轴202、滚珠轴承单元203、主轮204、主电机驱动211、驱动轮205、驱动轮支架206、第二滚珠轴承207、转向电机耦合器208、伺服电机支座209和转向伺服电机210，驱动轮205内置主电机，主电机与主电机驱动211电连接，底盘板201四周固定在机身501上，驱动轮205固定在底盘板201下部前侧的驱动轮支架206上，驱动轮支架206通过第二滚珠轴承207与底盘板201转动连接，转向伺服电机210通过伺服电机支座209固定在底盘板201上部，转向伺服电机210通过转向电机耦合器208与驱动轮支架206连接，通过带动驱动轮支架206转动，进而带动驱动轮205转动，实现转向，对称设置的两轮轴202分别通过滚珠轴承单元203固定在底盘板201下部后侧，轮轴202一端分别固定一主轮204，主轮204置于机身501左右两侧的轮槽内。在主电机驱动211的驱动下，驱动轮205前后移动，带动主轮204和轮轴202绕滚珠轴承单元203转动。

本实施例涉及的数据处理单元3包括小型计算机301和微控制器302，小型计算机301用于图像数据处理、3D建图、精确定位、障碍物确认、人工智能软件安装、运行等一些复杂运算，微控制器302与转向伺服电机210、主电机驱动211和步进电机驱动119连接，控制相应设备的直接运行，进行简单运算操作，微控制器302与小型计算机301连接，实现两者的数据交互，通过写入指令，小型计算机301能够控制微控制器302，同时能够处理监视其接收处理的数据，相机模块通过USB集线器303与小型计算机301连接，3D激光雷达通过以太网交换机304与小型计算机301连接，将采集的环境数据发送到小型计算机301。

如图2所示，本实施例涉及的显示单元4包括液晶触摸显示器401、显示器支座402和风扇403，显示器支座402底部固定在顶板502上，液晶触摸显示器401固定在显示器支座402上部，在液晶触摸显示器402下侧的显示器支座402内固定风扇403，风扇403外侧的显示器支座402设有通风孔。风扇403将外部空气吸入，再从底板下方排出，将液晶触摸显示器401与小型计算机301产生的热量排出，液晶触摸显示器401与小型计算机301相连，实现人机交互。

进一步地，在SLAM机器人主体外壳侧面设有USB接口305、HDMI接口306和网线接口307，HDMI接口用于将小型计算机与外部显示设备连接，网线接口307用于实现大容量数据在SLAM机器人与外部设备之间的传输，如视频数据，，USB接口305实现小容量数据信息在SLAM机器人与外部设备之间的传输；无线模块固定在在SLAM机器人主体外壳上，无线模块包括第一天线308和第二天线309，第一天线308与小型计算机301连接，用于小型计算机301与外部设备之间的数据交换，第二天线309与微控制器302连接，用于微控制器302与外部设备之间的数据交换。如果需要时，可将第一天线308与无线网络连接，实现小型计算机的联网。

进一步地，所述SLAM机器人还包括无线电接收器310，无线电接收器310与转向伺服电机210和主电机驱动器211连接。通过无线电接收器310接收远程控制中心的控制指令，实现对机器人的远程控制，可以使SLAM机器人在一些特殊环境，如信号不佳的环境中人为控制建图，或通过人为以远程控制的方式控制机器人纠正由于软件等一些忽略的因素而产生的错误。

所述电源单元6包括第一直流-直流转换器601、第二直流-直流转换器602和第三直流-直流转换器603、电源604、急停按钮开关605、电源上电开关606，小型计算机开关607、液晶触摸显示器开关610、充电口608和按钮开关609，用于为SLAM机器人提供电能、补充电能并控制使用电能的设备，其中，第一直流-直流转换器601一端连接电源604，另一端与微控制器302连接，第二直流-直流转换器602一端连接电源604，另一端与小型计算机301连接，第三直流-直流转换器603一端连接电源604，另一端与液晶触摸显示器401连接，分别用于将电源604提供的直流电转变为微控制器302、小型计算机301和液晶触摸显示器401适用的直流电。在SLAM机器人主体外壳上安装急停按钮开关605，电源上电开关606，小型计算机开关607、液晶触摸显示器开关610、充电口608和按钮开关609，急停按钮开关605用于人工控制SLAM急停，电源上电开关606用于给电源即机器人的所用用电设备上电，小型计算机开关607用于小型计算机的开启和关闭，液晶触摸显示器开关610用于液晶触摸显示器的开启和关闭，充电口11用于为电源充电，按钮开关609用于重置机器人。

本实施例涉及的位姿捕获单元7包括惯性测量单元701和数字编码器702，在两转轴302上分别固定一数字编码器702，分别获取两转轴302的旋转圈数，惯性测量单元701与小型计算机连接，数字编码器702与微控制器连接，所述惯性测量单元701固定在底盘板201上，用于精确获取机器人位姿信息，如前后、左右、上下和旋转角度，另外，如果惯性测量单元701与相机模块每个相机中内置的惯性测量单元联合使用，能够抵消加速度和转速测量中的噪声，会进一步提高机器人位置计算的准确性。数字编码器702测量两主轮204的旋转圈数，而非测量驱动轮205的旋转圈数，避免驱动轮205因打滑造成的误差，保证测量位置的准确性。

本发明所述的TOF深度相机113、双目立体相机114、结构光深度相机115、避障相机106与3D激光雷达101从不同的角度以不同的工作方式，获取全面准确的SLAM机器人周围环境信息，消除单一设备存在的探测盲区，保证SLAM机器人能够建立精确的室内3D模型的有效数据来源。综合惯性测量单元701和数字编码器702的数据可以获取机器人更加准确的位置和姿态。

Claims (10)

1.旋转激光雷达，其特征在于，包括3D激光雷达、激光雷达支座和固定支座，所述激光雷达支座包括与固定座上的环形空腔对应的转轮，转轮的外圈均布轮齿，靠近轮齿设置轮圈，转轮内侧设有固定底座，3D激光雷达固定在底座上，激光雷达支座上的轮圈与固定在环形空腔四周的第一滚珠轴承转动连接，轮齿与传动单元啮合，在驱动单元的驱动下，绕环形空腔转动。

2.根据权利要求1所述的旋转激光雷达，其特征在于，固定座为环境扫描单元支座，相机架和激光雷达架卡接构成环境扫描单元支座，在环境扫描单元支座的上部形成环形空腔，惰轮、同步带轮和正时皮带构成传动单元，步进电机支座、步进电机和步进电机驱动构成驱动单元，步进电机支座、步进电机、步进电机驱动、惰轮和同步带轮置于环境扫描单元支座内部腔体内，置于相机架和激光雷达架连接处的正时皮带上部与激光雷达支座外圈的轮齿啮合，正时皮带两端向下伸入环境扫描单元支座内部腔体内，与固定在相机架上的同步带轮啮合，两惰轮固定在正时皮带下部外侧，其从左右两侧将正时皮带下部夹紧，步进电机通过步进电机支座固定在相机架上，步进电机输出端与同步带轮连接，步进电机驱动与步进电机电连接。

3.一种室内地图构建和定位的SLAM机器人，其特征在于，包括环境扫描单元、运动单元、数据处理单元、显示单元、主体外壳、电源单元和位姿捕获单元；环境扫描单元通过相机模块和权利要求1或2所述旋转激光雷达扫描SLAM机器人周围环境，获取环境信息数据；运动单元用于实现机器人的行走移动；数据处理单元基于获取的数据构建地图、避障和定位；显示单元用于将数据处理单元得到的结果进行显示，实现人机交互；主体外壳为机器人其他单元提供支撑以及进行保护；电源单元为机器人提供电能；位姿捕获单元用来捕获SLAM机器人的位置与姿态信息，扫描环境单元、运动单元、数据处理单元、显示单元和电源单元均固定在主体外壳上；数据处理单元分别与环境扫描单元、运动单元、显示器单元、电源单元和位姿捕获单元连接，获取相关数据并协调控制各部件之间的工作。

4.根据权利要求3所述的室内地图构建和定位的SLAM机器人，其特征在于，所述相机模块固定在环境扫描单元支座前进方向一侧，用于获取环境图像数据，所述相机模块包括TOF深度相机、双目立体相机、结构光深度相机和避障相机，TOF深度相机、双目立体相机和结构光深度相机，自下而上固定在相机架外侧，避障相机斜向下倾斜安装在主体外壳前方，用于扫描检测机器人正前方的障碍以及地面的纹理信息。在环境扫描单元支座内部腔体内还设有扫描单元风扇，在靠近扫描单元风扇的激光雷达架处设置出风口，助于步进电机散热。

5.根据权利要求4所述的室内地图构建和定位的SLAM机器人，其特征在于，本发明涉及的主体外壳包括机身，顶板和底板，顶板和底板分别固定在环形机身上下两侧，形成主腔室。

6.根据权利要求5所述的室内地图构建和定位的SLAM机器人，其特征在于，运动单元包括底盘板、轮轴、滚珠轴承单元、主轮、主电机驱动、驱动轮、驱动轮支架、第二滚珠轴承、转向电机耦合器、伺服电机支座和转向伺服电机，驱动轮内置主电机，主电机与主电机驱动电连接，底盘板四周固定在机身上，驱动轮固定在底盘板下部前侧的驱动轮支架上，驱动轮支架通过第二滚珠轴承与底盘板转动连接，转向伺服电机通过伺服电机支座固定在底盘板上部，转向伺服电机通过转向电机耦合器与驱动轮支架连接，对称设置的两轮轴分别通过滚珠轴承单元固定在底盘板下部后侧，轮轴一端分别固定一主轮，主轮置于机身左右两侧的轮槽内。

7.根据权利要求6所述的室内地图构建和定位的SLAM机器人，其特征在于，数据处理单元包括小型计算机和微控制器，小型计算机用于图像数据处理、3D建图、精确定位、障碍物确认、人工智能软件安装和运行，微控制器与转向伺服电机、主电机驱动和步进电机驱动连接，控制相应设备的直接运行，微控制器与小型计算机连接，实现两者的数据交互，通过写入指令，小型计算机能够控制微控制器，同时能够处理监视其接收处理的数据，相机模块通过USB集线器与小型计算机连接，3D激光雷达通过以太网交换机与小型计算机连接，将采集的环境数据发送到小型计算机。

8.根据权利要求7所述的室内地图构建和定位的SLAM机器人，其特征在于，显示单元包括液晶触摸显示器、显示器支座和风扇，显示器支座底部固定在顶板上，液晶触摸显示器固定在显示器支座上部，在液晶触摸显示器下侧的显示器支座内固定风扇，风扇外侧的显示器支座设有通风孔。

9.根据权利要求8所述的室内地图构建和定位的SLAM机器人，其特征在于，在SLAM机器人主体外壳侧面设有USB接口、HDMI接口和网线接口，HDMI接口用于将小型计算机与外部显示设备连接，网线接口用于实现大容量数据在SLAM机器人与外部设备之间的传输，如视频数据，USB接口实现小容量数据信息在SLAM机器人与外部设备之间的传输；无线模块固定在在SLAM机器人主体外壳上，无线模块包括第一天线和第二天线，第一天线与小型计算机连接，用于小型计算机与外部设备之间的数据交换，第二天线与微控制器连接，用于微控制器与外部设备之间的数据交换。所述SLAM机器人还包括无线电接收器，无线电接收器与转向伺服电机和主电机驱动器连接。

10.根据权利要求9所述的室内地图构建和定位的SLAM机器人，其特征在于，所述电源单元包括第一直流-直流转换器、第二直流-直流转换器和第三直流-直流转换器、电源、急停按钮开关、电源上电开关，小型计算机开关、液晶触摸显示器开关、充电口和按钮开关，其中，第一直流-直流转换器一端连接电源，另一端与微控制器连接，第二直流-直流转换器一端连接电源，另一端与小型计算机连接，第三直流-直流转换器一端连接电源，另一端与液晶触摸显示器连接，分别用于将电源提供的直流电转变为微控制器、小型计算机和液晶触摸显示器适用的直流电，在SLAM机器人主体外壳上安装急停按钮开关，电源上电开关，小型计算机开关、液晶触摸显示器开关、充电口和按钮开关。所述位姿捕获单元包括惯性测量单元和数字编码器，在两转轴上分别固定一数字编码器，分别获取两转轴的旋转圈数，惯性测量单元与小型计算机连接，数字编码器与微控制器连接，所述惯性测量单元固定在底盘板上，用于精确获取机器人位姿信息。

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