CN205581643U - 一种机器人定位导航系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种机器人定位导航系统，驱动装置驱动行走执行机构带动机器人行走，行走过程中，机器人上设置的拍摄装置和激光扫描装置进行实时拍摄和扫描，里程计数装置实时记录机器人从初始位置至当前位置的行走距离，根据该行走距离，能够确定机器人在三维立体地图中的区域范围，之后，在该区域范围内将获取的二维坐标数据与三维立体地图比对，能够对机器人的当前位置进行快速精确定位。当在开阔位置，激光扫描点较少的地方，通过二维坐标数据定位相对比较困难，可以通过三维图像与区域范围内的三维立体地图进行比对，同样能够快速精确定位机器人的当前位置。

Description

一种机器人定位导航系统

技术领域

本实用新型属于自动定位导航领域，具体涉及一种机器人定位导航系统。

背景技术

在定位导航前都必须要有相应的地图才能导航，因此地图的生成是导航的关键。目前国内导航所采用的方式有GPS导航所采用的题图是谷歌地图或是百度地图等实际地图对车体当前经纬度进行制定来规划路径导航。在就是激光生成二维地图进行导航，这样的地图完全是由激光点组成的坐标群，机器人在行走时候扫描的当前点跟坐标群里面的点进行匹配，当重合率达到一定的比例的时候确定位置来行走，因为比对条件单一在一定区域扫描点比较少的时候比对成功率降低从而产生失位，因此必须辅助别的定位方式才能更好的导航。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种机器人定位导航系统，通过该系统不仅能够对机器人的行走路径进行准确定位，同时，能够根据机器人携带的里程计反馈的实测数据与定位地图进行比对，及时进行误差修正，以确保定位准确无误。

为了达到上述目的，本实用新型的具体技术方案如下：

一种机器人定位导航系统，包括：设在机器人上的驱动装置、为所述驱动装置提供动力的蓄电池、行走执行机构、拍摄三维图像的拍摄装置、进行二维扫描的激光扫描装置，计量机器人运行距离的里程计数装置，还包括：

主控装置，所述主控装置设在机器人上，所述主控装置与所述驱动装置、行走执行机构、拍摄装置、激光扫描装置、里程计数装置相连，所述驱动装置与所述行走执行机构连接，所述主控装置包括：

计数模块，获取所述里程计数装置计量的机器人从初始位置行走至当前位置的行走距离；

存储模块，存储设定路径的三维立体地图；接收所述行走距离；根据所述行走距离确定机器人当前在所述三维立体地图中的区域位置；获取所述激光扫描装置扫描的二维坐标数据以及所述拍摄装置拍摄的三维图像；在所述区域位置内，将所述二维坐标数据与所述三维立体地图比对或者将所述三维图像与所述三维立体地图比对，精确定位机器人的当前位置；

数据接收和传送模块，接收所述精确定位机器人的当前位置，并发送机器人行走的下一目标位置的方向信息和距离信息至所述行走执行机构。

本实用新型提供的一种机器人定位导航系统，驱动装置驱动行走执行机构带动机器人行走，行走过程中，机器人上设置的拍摄装置和激光扫描装置进行实时拍摄和扫描，里程计数装置实时记录机器人从初始位置至当前位置的行走距离，根据该行走距离，能够确定机器人在三维立体地图中的区域范围，之后，在该区域范围内将获取的二维坐标数据与三维立体地图比对，能够对机器人的当前位置进行快速精确定位。当在开阔位置，激光扫描点较少的地方，通过二维坐标数据定位相对比较困难，可以通过三维图像与区域范围内的三维立体地图进行比对，同样能够快速精确定位机器人的当前位置。

通过该定位导航系统，能够帮助机器人快速精确定位，同时，相对于以往地只能通过激光扫描点定位的方法而言，在该定位导航系统中，对于激光扫描点的重合率要求降低，配合三维图像能够快速精确定位，定位效率和准确性均提高。

进一步地，所述驱动装置为伺服电机。

进一步地，所述行走执行机构包括头部和用于带动机器人行走行动轮；

所述行动轮设在机器人的底部，所述头部设在机器人的顶部，所述头部和行动轮均通过转轴与机器人主体连接。

进一步地，所述拍摄装置为双目立体相机，所述激光扫描装置为激光扫描仪，所述双目立体相机和所述激光扫描仪均设在机器人的头部。

进一步地，所述激光扫描仪的扫描角度最大为190°，扫描精度为±15mm，扫描的最大距离为80米。

进一步地，所述里程计数装置为码盘。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种机器人定位导航系统的结构图；

1.机器人，2.头部，3.行动轮，4.驱动装置，5.蓄电池，6.拍摄装置，7.激光扫描装置，8.里程计数装置，9.主控装置。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式进行说明。

如图1所示，一种机器人定位导航系统，包括：设在机器人1上的驱动装置4、为所述驱动装置4提供动力的蓄电池5、行走执行机构、拍摄三维图像的拍摄装置6、进行二维扫描的激光扫描装置7，计量机器人1运行距离的里程计数装置8和主控装置9。

其中的驱动装置4优选为伺服电机，伺服电机可使控制速度、位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。

其中的行走执行机构包括机器人1的头部2和用于带动机器人1行走行动轮3，该行动轮3设在机器人1的底部，头部2设在机器人1的顶部，头部2和行动轮3均通过转轴与机器人1主体连接，在运行过程中，可以在可执行范围内转动任意角度。

其中的拍摄装置6优选采用双目立体相机。激光扫描装置7为激光扫描仪，该激光扫描仪扫描的最大角度为190°，扫描精度为±15mm，扫描的最远距离为80米，可以优选德国进口LMS511 SICK激光雷达。

其中的双目立体相机和激光扫描仪均设在机器人1的头部2，二者相当于机器人1的眼睛。

而其中的里程计数装置8优选为里程计，也叫码盘(encoding disk)，测量角位移的数字编码器。它具有分辨能力强、测量精度高和工作可靠等优点，是测量轴转角位置的一种最常用的位移传感器。本方案中码盘主要采用脉冲计数，每个脉冲车轮转动多少来确定机器人1行走的距离，将脉冲数反馈给主控装置9中的计数模块，由计数模块计算出机器人1行走距离。

所述主控装置9设在机器人1上，所述主控装置9与所述驱动装置4、行走执行机构、拍摄装置6、激光扫描装置7、里程计数装置8相连，所述驱动装置4与所述行走执行机构连接，所述主控装置9包括：

计数模块，获取所述里程计数装置8计量的机器人1从初始位置行走至当前位置的行走距离；

存储模块，存储设定路径的三维立体地图；接收所述行走距离；根据所述行走距离确定机器人1当前在所述三维立体地图中的区域位置；获取所述激光扫描装置7扫描的二维坐标数据以及所述拍摄装置6拍摄的三维图像；在所述区域位置内，将所述二维坐标数据与所述三维立体地图比对或者将所述三维图像与所述三维立体地图比对，精确定位机器人1的当前位置；

数据接收和传送模块，接收所述精确定位机器人1的当前位置，并发送机器人1行走的下一目标位置的方向信息和距离信息至所述行走执行机构。

其中的主控装置9可以通过PLC控制面板或者其它行业内使用的工控设备来实现，其具有重要的计算机属性和特征，具有计算机CPU、硬盘、内存、外设及接口，并有操作系统、控制网络和协议、计算能力、友好的人机界面。本方案中优选采用数控系统工控机，

具体操作时，蓄电池5提供动力，伺服电机驱动机器人1行走，设置在机器人1底部的行动轮3向前滚动，同时，机器人1的头部2也会根据不同路径转动至不同方向。

机器人1上设置的码盘随时记录机器人1的行走距离，因为码盘与主控装置9连接，主控装置9中的计数模块能够获取码盘上的记录的机器人1行走的里程数。根据码盘记录的里程数，能够大致确定机器人1此时在三维立体地图中的区域位置，为之后的精确定位缩小比对范围。同时，双目立体相机和激光扫描仪实时拍摄和扫描机器人1当前位置环境，缩小了比对范围之后，根据激光扫描仪扫描的二维坐标数据，能够快速地精确定位机器人1的当前位置。但是，在开阔区域内，扫描点相对较少，使用二维坐标数据定位较困难，此时可以根据双目立体相机拍摄的三维图像与区域范围内的三维立体地图比对，同样也能快速精确定位机器人1的当前位置。对于机器人1的当前位置精确定位后，主控装置9中的数据接收和传送模块接收该信息，并发送机器人1行走的下一目标位置的方向信息和距离信息至所述行走执行机构，机器人1按照既定路径继续行走。

通过本方案提供的机器人1定位导航系统不仅能够快速定位，而且定位精度高。

以上，虽然说明了本实用新型的几个实施方式，但是这些实施方式只是作为例子提出的，并非用于限定本实用新型的范围。对于这些新的实施方式，能够以其他各种方式进行实施，在不脱离本实用新型的要旨的范围内，能够进行各种省略、置换、及变更。这些实施方式和其变形，包含于本实用新型的范围和要旨中的同时，也包含于权利要求书中记载的实用新型及其均等范围内。

Claims (6)

1.一种机器人定位导航系统，其特征在于，包括：设在机器人上的驱动装置、为所述驱动装置提供动力的蓄电池、行走执行机构、拍摄三维图像的拍摄装置、进行二维扫描的激光扫描装置，计量机器人运行距离的里程计数装置，还包括：

主控装置，所述主控装置设在机器人上，所述主控装置与所述驱动装置、行走执行机构、拍摄装置、激光扫描装置、里程计数装置相连，所述驱动装置与所述行走执行机构连接，所述主控装置包括：

计数模块，获取所述里程计数装置计量的机器人从初始位置行走至当前位置的行走距离；

存储模块，存储设定路径的三维立体地图；接收所述行走距离；根据所述行走距离确定机器人当前在所述三维立体地图中的区域位置；获取所述激光扫描装置扫描的二维坐标数据以及所述拍摄装置拍摄的三维图像；在所述区域位置内，将所述二维坐标数据与所述三维立体地图比对或者将所述三维图像与所述三维立体地图比对，精确定位机器人的当前位置；

数据接收和传送模块，接收所述精确定位机器人的当前位置，并发送机器人行走的下一目标位置的方向信息和距离信息至所述行走执行机构。

2.根据权利要求1所述的一种机器人定位导航系统，其特征在于，所述驱动装置为伺服电机。

3.根据权利要求1所述的一种机器人定位导航系统，其特征在于，所述行走执行机构包括头部和用于带动机器人行走的行动轮；

所述行动轮设在机器人的底部，所述头部设在机器人的顶部，所述头部和行动轮均通过转轴与机器人主体连接。

4.根据权利要求3所述的一种机器人定位导航系统，其特征在于，所述拍摄装置为双目立体相机，所述激光扫描装置为激光扫描仪，所述双目立体相机和所述激光扫描仪均设在机器人的头部。

5.根据权利要求4所述的一种机器人定位导航系统，其特征在于，所述激光扫描仪的扫描角度最大为190°，扫描精度为±15mm，扫描的最大距离为80米。

6.根据权利要求1所述的一种机器人定位导航系统，其特征在于，所述里程计数装置为码盘。