CN112882054B - 一种室内机器人定位导航系统及信号采集方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种室内机器人定位导航系统及信号采集方法，包括移动平台、移动装置、信息采集装置、控制装置、激光雷达SLAM建图模块、信号采集点设置模块、路线规划采集信号模块和数据处理模块，步骤一，采集点设置；步骤二，采集准备；步骤三，发布采集任务；步骤四，信号采集；步骤五，采集信息上传；该发明安全、可靠，通过提供室内机器人建图能力，提供室内机器人定点导航能力，提供室内机器人智能避障以及实时规划路线能力，解放室内信号采集的人力资源，简化采集工作；室内定位机器人主要实现根据设定好的任务定时定点采集信号，室内定位机器人需要具备良好的运动导航性能以及智能避障以及实时规划路线的功能。
Description
技术领域
本发明涉及室内定位导航以及信号采集技术领域，具体为一种室内机器人定位导航系统及信号采集方法。
背景技术
当前，随着5G时代的到来，人们身边的信号源越来越多，在室内环境下，信号强弱参差不齐，以往室内每个位置的信号强弱都由人工采集；人工采集需要对楼层设定信号采集点，信号采集点之间有固定的间隔，每个信号采集点采集一定次数，然后前往下一个信号采集点，采集一轮大概需要1-2小时，人工信号采集工作十分耗时，重复工作太多，简单的采集任务却需要大量的人力成本；当下随着自动化不断的发展与进步，各行各业的部分工作已逐渐由自动化机器人自动完成，不必再采用人工方式，因此发明出一种自动化的室内定位导航的信号采集方式十分有必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种室内机器人定位导航系统及信号采集方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种室内机器人定位导航系统，包括移动平台、移动装置、信息采集装置、控制装置、建图任务发布模块、第一指令发送模块、激光雷达SLAM建图模块、第一数据上传模块、第一数据输送模块、信号采集点设置模块、采集任务设置模块、采集任务发布模块、第二指令发送模块、路线规划采集信号模块、第二数据上传模块、第二数据输送模块和数据处理模块，所述移动平台的一侧设置有移动装置；
所述移动装置包括电机和麦克纳姆轮，所述移动平台的底端外壁上分布固定连接有电机，所述电机输出轴的一端外壁上固定连接有麦克纳姆轮，所述移动平台的顶端外壁上设置有信息采集装置；
所述信息采集装置包括固定支架和信号采集器，所述移动平台的顶端外壁上固定连接有固定支架，所述固定支架的顶端外壁上固定连接有信号采集器，所述移动平台的顶端外壁上设置有控制装置；
所述控制装置包括控制器、二维激光雷达、摄像机和机器人管理平台，所述移动平台的顶端外壁上设置有控制器，所述移动平台的顶端外壁上对应控制器的一侧设置有二维激光雷达，所述移动平台的顶端外壁上对应二维激光雷达的一侧设置有摄像机，所述移动平台的顶端外壁上对应摄像机的一侧设置有机器人管理平台，所述机器人管理平台的一侧内壁上设置有建图任务发布模块，所述机器人管理平台的一侧内壁上对应建图任务发布模块的一侧设置有第一指令发送模块，所述二维激光雷达的一侧内壁上设置有激光雷达SLAM建图模块，所述机器人管理平台的一侧内壁上设置有第一数据上传模块，所述机器人管理平台的一侧内壁上设置有第一数据输送模块，所述信号采集器的一侧内壁上设置有信号采集点设置模块，所述信号采集器的一侧内壁上对应信号采集点设置模块的一侧设置有采集任务设置模块，所述机器人管理平台的一侧内壁上设置有采集任务发布模块，所述机器人管理平台的一侧内壁上对应采集任务发布模块的一侧设置有第二指令发送模块，所述机器人管理平台的一侧内壁上设置有路线规划采集信号模块，所述机器人管理平台的一侧内壁上设置有第二数据上传模块，所述机器人管理平台的一侧内壁上设置有第二数据输送模块，所述机器人管理平台的一侧内壁上对应第二数据输送模块的一侧设置有数据处理模块。
一种室内机器人定位导航系统的信号采集方法，包括步骤一，采集点设置；步骤二，采集前准备；步骤三，发布采集任务；步骤四，信号采集；步骤五，采集信息上传；
其中上述步骤一中，在机器人管理平台中对应室内地图设置多个信号采集点，并根据信号采集点设置采集路线、采集频次创建采集任务；
其中上述步骤二中，确认信号采集点附近空间足够所述室内定位机器人行驶通过；
其中上述步骤三中，通过机器人管理平台对室内定位机器人发布采集任务，控制器接收到机器人管理平台发出的信号采集点后，采用SLAM导航控制在各信号采集点之间运动，通过卡尔曼滤波算法对室内定位机器人位姿进行调整，使室内定位机器人准确运动到信号采集点；
其中上述步骤四中，控制器控制所述室内定位机器人在信号采集点静止，通知信息采集装置按设定好的采集频次按一定时间间隔采集信号；
其中上述步骤五中，完成一个周期的信号采集后，室内定位机器人回到起始位置，并将采集信息上传到机器人管理平台，然后等待下一次信号采集周期的开始。
根据上述技术方案，所述电机的个数为四个，所述麦克纳姆轮的个数为四个。
根据上述技术方案，所述控制器接收到机器人管理平台发出的信号采集点后，计算信号采集点之间的位置关系，通过路径规划算法生成行驶路径。
根据上述技术方案，所述控制器驱动机器人按照所述行驶路径移动时，使用卡尔曼滤波器算法对摄像机返回的信息对机器人进行实时的定位和麦克纳姆轮的角度微调。
根据上述技术方案，所述二维激光雷达的扫描距离为20m，测量范围为270°，扫描周期为25ms。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：该发明安全、可靠，通过提供室内机器人建图能力，提供室内机器人定点导航能力，提供室内机器人智能避障以及实时规划路线能力，解放室内信号采集的人力资源，简化采集工作；室内定位机器人主要实现根据设定好的任务定时定点采集信号，室内定位机器人需要具备良好的运动导航性能以及智能避障以及实时规划路线的功能。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的整体立体结构示意图；
图2是本发明移动平台的俯视剖切结构示意图；
图3是本发明的系统流程图；
图4是本发明的方法流程图；
图中：1、移动平台；2、移动装置；3、信息采集装置；4、控制装置；5、建图任务发布模块；6、第一指令发送模块；7、激光雷达SLAM建图模块；8、第一数据上传模块；9、第一数据输送模块；10、信号采集点设置模块；11、采集任务设置模块；12、采集任务发布模块；13、第二指令发送模块；14、路线规划采集信号模块；15、第二数据上传模块；16、第二数据输送模块；17、数据处理模块；21、电机；22、麦克纳姆轮；31、固定支架；32、信号采集器；41、控制器；42、二维激光雷达；43、摄像机；44、机器人管理平台。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种室内机器人定位导航系统，包括移动平台1、移动装置2、信息采集装置3、控制装置4、建图任务发布模块5、第一指令发送模块6、激光雷达SLAM建图模块7、第一数据上传模块8、第一数据输送模块9、信号采集点设置模块10、采集任务设置模块11、采集任务发布模块12、第二指令发送模块13、路线规划采集信号模块14、第二数据上传模块15、第二数据输送模块16和数据处理模块17，移动平台1的一侧设置有移动装置2；移动装置2包括电机21和麦克纳姆轮22，移动平台1的底端外壁上分布固定连接有电机21，电机21输出轴的一端外壁上固定连接有麦克纳姆轮22，移动平台1的顶端外壁上设置有信息采集装置3；信息采集装置3包括固定支架31和信号采集器32，移动平台1的顶端外壁上固定连接有固定支架31，固定支架31的顶端外壁上固定连接有信号采集器32，移动平台1的顶端外壁上设置有控制装置4；控制装置4包括控制器41、二维激光雷达42、摄像机43和机器人管理平台44，移动平台1的顶端外壁上设置有控制器41，移动平台1的顶端外壁上对应控制器41的一侧设置有二维激光雷达42，移动平台1的顶端外壁上对应二维激光雷达42的一侧设置有摄像机43，移动平台1的顶端外壁上对应摄像机43的一侧设置有机器人管理平台44，机器人管理平台44的一侧内壁上设置有建图任务发布模块5，机器人管理平台44的一侧内壁上对应建图任务发布模块5的一侧设置有第一指令发送模块6，二维激光雷达42的一侧内壁上设置有激光雷达SLAM建图模块7，机器人管理平台44的一侧内壁上设置有第一数据上传模块8，机器人管理平台44的一侧内壁上设置有第一数据输送模块9，信号采集器32的一侧内壁上设置有信号采集点设置模块10，信号采集器32的一侧内壁上对应信号采集点设置模块10的一侧设置有采集任务设置模块11，机器人管理平台44的一侧内壁上设置有采集任务发布模块12，机器人管理平台44的一侧内壁上对应采集任务发布模块12的一侧设置有第二指令发送模块13，机器人管理平台44的一侧内壁上设置有路线规划采集信号模块14，机器人管理平台44的一侧内壁上设置有第二数据上传模块15，机器人管理平台44的一侧内壁上设置有第二数据输送模块16，机器人管理平台44的一侧内壁上对应第二数据输送模块16的一侧设置有数据处理模块17；电机21的个数为四个，麦克纳姆轮22的个数为四个，单个麦克纳姆轮22对应单个电机21，便于单独控制每个麦克纳姆轮22，便于该室内机器人的移动；控制器41接收到机器人管理平台44发出的信号采集点后，计算信号采集点之间的位置关系，通过路径规划算法生成行驶路径，便于快速精确确定信号采集点；控制器41驱动机器人按照行驶路径移动时，使用卡尔曼滤波器算法对摄像机43返回的信息对机器人进行实时的定位和麦克纳姆轮22的角度微调，便于精确控制该室内机器人的移动；二维激光雷达42的扫描距离为20m，测量范围为270°，扫描周期为25ms，二维激光雷达42的使用，便于快速扫描，得到室内图像信息。
请参阅图4，本发明提供一种技术方案：一种室内机器人定位导航系统的信号采集方法，包括步骤一，采集点设置；步骤二，采集准备；步骤三，发布采集任务；步骤四，信号采集；步骤五，采集信息上传；
其中上述步骤一中，在机器人管理平台44中对应室内地图设置多个信号采集点，并根据信号采集点设置采集路线、采集频次创建采集任务；
其中上述步骤二中，确认信号采集点附近空间足够所述室内定位机器人行驶通过；
其中上述步骤三中，通过机器人管理平台44对室内定位机器人发布采集任务，控制器41接收到机器人管理平台44发出的信号采集点后，采用SLAM导航控制在各信号采集点之间运动，通过卡尔曼滤波算法对室内定位机器人位姿进行调整，使室内定位机器人准确运动到信号采集点；
其中上述步骤四中，控制器41控制所述室内定位机器人在信号采集点静止，通知信息采集装置3按设定好的采集频次按一定时间间隔采集信号；
其中上述步骤五中，完成一个周期的信号采集后，室内定位机器人回到起始位置，并将采集信息上传到机器人管理平台44，然后等待下一次信号采集周期的开始。
基于上述，本发明的优点在于，该发明使用时，机器人管理平台44为PC或手机端上的机器人管理软件，机器人管理平台44通过局域网对机器人下达室内SLAM建图指令，室内定位机器人接受指令后调用运动控制器41驱动麦克纳姆轮22运动，同时二维激光雷达42连接到控制器41，控制器41接收二维激光雷达42输出信号后采用SLAM导航算法生成场景地图并进行同步定位，并上传场景地图到机器人管理平台44，然后使用机器人管理平台44在场景地图上设定信号采集点、采集频次，再根据所需路径发布信号采集任务，规划控制机器人依次运动到各信号采集点所在位置，然后通知手机传感器采集信号。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种室内机器人定位导航系统，包括移动平台(1)、移动装置(2)、信息采集装置(3)、控制装置(4)、建图任务发布模块(5)、第一指令发送模块(6)、激光雷达SLAM建图模块(7)、第一数据上传模块(8)、第一数据输送模块(9)、信号采集点设置模块(10)、采集任务设置模块(11)、采集任务发布模块(12)、第二指令发送模块(13)、路线规划采集信号模块(14)、第二数据上传模块(15)、第二数据输送模块(16)和数据处理模块(17)，其特征在于：所述移动平台(1)的一侧设置有移动装置(2)；
所述移动装置(2)包括电机(21)和麦克纳姆轮(22)，所述移动平台(1)的底端外壁上分布固定连接有电机(21)，所述电机(21)输出轴的一端外壁上固定连接有麦克纳姆轮(22)，所述移动平台(1)的顶端外壁上设置有信息采集装置(3)；
所述信息采集装置(3)包括固定支架(31)和信号采集器(32)，所述移动平台(1)的顶端外壁上固定连接有固定支架(31)，所述固定支架(31)的顶端外壁上固定连接有信号采集器(32)，所述移动平台(1)的顶端外壁上设置有控制装置(4)；
所述控制装置(4)包括控制器(41)、二维激光雷达(42)、摄像机(43)和机器人管理平台(44)，所述移动平台(1)的顶端外壁上设置有控制器(41)，所述移动平台(1)的顶端外壁上对应控制器(41)的一侧设置有二维激光雷达(42)，所述移动平台(1)的顶端外壁上对应二维激光雷达(42)的一侧设置有摄像机(43)，所述移动平台(1)的顶端外壁上对应摄像机(43)的一侧设置有机器人管理平台(44)，所述机器人管理平台(44)的一侧内壁上设置有建图任务发布模块(5)，所述机器人管理平台(44)的一侧内壁上对应建图任务发布模块(5)的一侧设置有第一指令发送模块(6)，所述二维激光雷达(42)的一侧内壁上设置有激光雷达SLAM建图模块(7)，所述机器人管理平台(44)的一侧内壁上设置有第一数据上传模块(8)，所述机器人管理平台(44)的一侧内壁上设置有第一数据输送模块(9)，所述信号采集器(32)的一侧内壁上设置有信号采集点设置模块(10)，所述信号采集器(32)的一侧内壁上对应信号采集点设置模块(10)的一侧设置有采集任务设置模块(11)，所述机器人管理平台(44)的一侧内壁上设置有采集任务发布模块(12)，所述机器人管理平台(44)的一侧内壁上对应采集任务发布模块(12)的一侧设置有第二指令发送模块(13)，所述机器人管理平台(44)的一侧内壁上设置有路线规划采集信号模块(14)，所述机器人管理平台(44)的一侧内壁上设置有第二数据上传模块(15)，所述机器人管理平台(44)的一侧内壁上设置有第二数据输送模块(16)，所述机器人管理平台(44)的一侧内壁上对应第二数据输送模块(16)的一侧设置有数据处理模块(17)。
2.根据权利要求1所述的一种室内机器人定位导航系统，其特征在于：所述电机(21)的个数为四个，所述麦克纳姆轮(22)的个数为四个。
3.根据权利要求1所述的一种室内机器人定位导航系统，其特征在于：所述控制器(41)接收到机器人管理平台(44)发出的信号采集点后，计算信号采集点之间的位置关系，通过路径规划算法生成行驶路径。
4.根据权利要求3所述的一种室内机器人定位导航系统，其特征在于：所述控制器(41)驱动机器人按照所述行驶路径移动时，使用卡尔曼滤波器算法对摄像机(43)返回的信息对机器人进行实时的定位和麦克纳姆轮(22)的角度微调。
5.根据权利要求1所述的一种室内机器人定位导航系统，其特征在于：所述二维激光雷达(42)的扫描距离为20m，测量范围为270°，扫描周期为25ms。
6.一种如权利要求1所述的室内机器人定位导航系统的信号采集方法，包括步骤一，采集点设置；步骤二，采集准备；步骤三，发布采集任务；步骤四，信号采集；步骤五，采集信息上传；其特征在于：
其中上述步骤一中，在机器人管理平台(44)中对应室内地图设置多个信号采集点，并根据信号采集点设置采集路线、采集频次创建采集任务；
其中上述步骤二中，确认信号采集点附近空间足够所述室内机器人行驶通过；
其中上述步骤三中，通过机器人管理平台(44)对室内机器人发布采集任务，控制器(41)接收到机器人管理平台(44)发出的信号采集点后，采用SLAM导航控制在各信号采集点之间运动，通过卡尔曼滤波算法对室内机器人位姿进行调整，使室内机器人准确运动到信号采集点；
其中上述步骤四中，控制器(41)控制所述室内机器人在信号采集点静止，通知信息采集装置(3)按设定好的采集频次按一定时间间隔采集信号；
其中上述步骤五中，完成一个周期的信号采集后，室内机器人回到起始位置，并将采集信息上传到机器人管理平台(44)，然后等待下一次信号采集周期的开始。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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