一种机器人导航地图生成系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种机器人导航地图生成系统，主控装置设在机器人上，计数模块获取里程计数装置记录的里程数，当机器人行走30mm时发送停止行走信息给驱动装置；计时模块获取机器人停止时间，当机器人停止3s发送驱动信息给驱动装置；数据接收和传送模块获取停止行走信息发送启动信息至拍摄装置和激光扫描装置开始进行拍摄和扫描；获取驱动信息发送停止信息至拍摄装置和激光扫描装置停止拍摄和扫描；存储模块获得拍摄装置拍摄的三维图像、激光扫描装置扫描的二维坐标，存储三维图像以及存储和前一组已存储的二维坐标数据重合率达到70％以上的后一组二维坐标数据，并将存储的三维图像和二维坐标数据匹配生成三维立体地图。
【专利说明】
一种机器人导航地图生成系统
技术领域
[0001]本发明属于机器人导航领域，具体涉及一种机器人导航地图生成系统。
【背景技术】
[0002]目前国内导航技术状况，主要分为GPS导航模式和纯激光导航模式。GPS在电磁干扰大的环境下根本不能很好的接收到卫星信号，因此在变电站等特定环境下GPS导航是完全不能实现定位，更不能实现导航。纯激光导航虽然也可以实现导航，但不能给人视觉上的直观感，激光只是采用点点比对进行定位，扫描点重合度达到多少才可以确定位置和航向，对判据要求严格，因此在扫描点相对少的区域点的重合率达不到的时候就不容易定位。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种机器人导航地图生成系统，为机器人导航提供精确定位和直观看到机器人当前运行位置。
[0004]为了达到上述目的，本发明的具体技术方案如下:
[0005]—种机器人导航地图生成系统，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，计量机器人行走距离的里程计数装置，还包括:
[0006]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:
[0007]计数模块，获取所述里程计数装置记录的机器人行走的里程数，当机器人行走路径达到30_时，发送停止行走信息给所述驱动装置；
[0008]计时模块，获取机器人停止行走的时间，当机器人停止行走的时间达到3s时，发送驱动信息给所述驱动装置；
[0009]数据接收和传送模块，获取所述停止行走信息，并发送启动信息至所述拍摄装置和激光扫描装置开始进行拍摄和扫描;获取所述驱动信息，并发送停止信息至所述拍摄装置和激光扫描装置停止拍摄和扫描；
[0010]存储模块，获得所述拍摄装置拍摄的三维图像、所述激光扫描装置扫描的二维坐标，存储所述三维图像，以及存储和前一组已存储的二维坐标数据重合率达到70%以上的后一组二维坐标数据，并将存储的所述三维图像和二维坐标数据匹配生成三维立体地图。
[0011]本发明提供的一种机器人导航地图生成系统，通过里程计数装置和主控装置中的计数模块以及计时模块，控制机器人每行走30mm停止一次，停止过程中，通过二维激光扫描装置和三维图像拍摄装置分别对机器人当前行走路径的环境进行扫描和拍摄，获得二维坐标数据组和三维图像。每拍摄一次，获得的三维图像均会被保存，同时，因为在二维激光扫描过程中，每30mm距离扫描的数据组会有部分重叠数据，为了提高定位准确性，只有当后一组扫描数据和前一组已经被保存的扫描数据有70%以上的重合率，则证明后一组的扫描数据准确，可以被保存。主控的存储模块中每次存储的三维图像和二维坐标数据都会被相互配合，相当于坐标点和图像的结合，多组三维图像和二维坐标数据配合后形成机器人行走路径的三维立体地图。参考该三维立体地图，能够对机器人行走时的所在位置精确定位，而且使用该三维立体地图，因为有三维图像参考，对于二维激光扫描点的重合率要求相对较低。
[0012]进一步地，所述驱动装置为伺服电机。
[0013]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两个行动轮；
[0014]所述两个行动轮设在机器人的底部，所述头部设在机器人的顶部，所述头部和两个行动轮均通过转轴与机器人主体连接。
[0015]进一步地，所述拍摄装置为双目立体相机。
[0016]进一步地，所述激光扫描装置为激光扫描仪。
[0017]进一步地，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。
[0018]进一步地，所述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。
[0019]进一步地，所述里程计数装置是码盘。
【附图说明】
[0020]图1为本发明提供的机器人导航地图生成系统中机器人的结构示意图；
[0021 ]图2为本发明提供的机器人导航地图生成系统模块图；
[0022]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】
[0023]下面结合附图对本发明的实施方式进行说明。
[0024]如图1和图2所示，机器人导航地图生成系统，包括:设在机器人I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I运行距离的里程计数装置8和主控装置9。
[0025]主控装置9设在机器人I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:
[0026]计数模块，获取所述里程计数装置8记录的机器人I行走的里程数，当机器人I行走路径达到30mm时，发送停止行走信息给所述驱动装置4;
[0027]计时模块，获取机器人I停止行走的时间，当机器人I停止行走的时间达到3s时，发送驱动信息给所述驱动装置4;
[0028]数据接收和传送模块，获取所述停止行走信息，并发送启动信息至所述拍摄装置6和激光扫描装置7开始进行拍摄和扫描;获取所述驱动信息，并发送停止信息至所述拍摄装置6和激光扫描装置7停止拍摄和扫描；
[0029]存储模块，获得所述拍摄装置6拍摄的三维图像、所述激光扫描装置7扫描的二维坐标，存储所述三维图像，以及存储和前一组已存储的二维坐标数据重合率达到70%以上的后一组二维坐标数据，并将存储的所述三维图像和二维坐标数据匹配生成三维立体地图。
[0030]当后一组扫描数据和前一组扫描数据的重合率未达到70%时，存储模块将会自动调整激光扫描的二维坐标数据达到与前一组存储的数据使其重合率达到70%以上。因为即使发生扫描偏差，但是扫描点和目标点之间的相对位置是一定的，存储模块很容易通过相对位置进行调整。
[0031]其中的主控装置可以通过PLC控制面板或者行业内其它可用的工控设备来实现。
[0032]其中的驱动装置4优选使用伺服电机，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。
[0033]其中的行走执行机构包括机器人I的头部2和用于带动机器人I行走两个行动林3，该两个行动林3设在机器人I的底部，头部2设在机器人I的顶部，头部2和两个行动林3均通过转轴与机器人I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。
[0034]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 LMS511SICK激光雷达。
[0035]其中的双目立体相机和激光扫描仪均设在机器人I的头部2，二者相当于机器人I的眼睛。
[0036]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I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I行走距离。
[0037]具体使用时，蓄电池5提供动力，伺服电机驱动机器人I行走，设置在机器人I底部的行动林3向前滚动，同时，机器人I的头部2也会根据不同路径转动至不同方向。
[0038]机器人I上设置的码盘随时记录机器人I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I行走的里程数，机器人I每行走30_，计数模块就会对伺服电机发送停止信息，此时伺服电机停止驱动行动林3，机器人I停止行走。与此同时，主控装置9中的数据接收和传送模块获得该停止行走信息，并发送启动信息给机器人I上的双目立体相机和激光扫描仪，二者同时进行扫描和拍摄，拍摄的三维图像随时存储在存储模块中，而扫描的二维坐标数据只有当后一组扫描的数据与前一组已经保存的二维坐标数据重合率达到70%以上，才会被保存。根据激光扫描仪和双目立体相机的工作效率，扫描和拍摄的总时间会有2s多，所以，当机器人I停止时间达到3s的时候，计时模块会发送驱动信息给伺服电机，同时，数据接收和传送模块获取该驱动信息，并发送停止信息给双目立体相机和激光扫描仪，二者停止拍摄和扫描，此时伺服电机驱动行动林3机器人I继续行走。
[0039]之后，在机器人I不断地停止和行走的过程中存储了多组拍摄图像和扫描数据，被同时保存的二维坐标数据和三维图像会在存储模块中被配合叠加，多组叠加后生成机器人I行走路径的完整的三维立体地图被保存在存储装置中。之后，通过该三维立体地图能够更加精确地定位机器人I行走中的所在位置。
[0040]以上，虽然说明了本发明的几个实施方式，但是这些实施方式只是作为例子提出的，并非用于限定本发明的范围。对于这些新的实施方式，能够以其他各种方式进行实施，在不脱离本发明的要旨的范围内，能够进行各种省略、置换、及变更。这些实施方式和其变形，包含于本发明的范围和要旨中的同时，也包含于权利要求书中记载的发明及其均等范围内。
【主权项】
1.一种机器人导航地图生成系统，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，计量机器人行走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记录的机器人行走的里程数，当机器人行走路径达至Ij30mm时，发送停止行走信息给所述驱动装置； 计时模块，获取机器人停止行走的时间，当机器人停止行走的时间达到3s时，发送驱动信息给所述驱动装置； 数据接收和传送模块，获取所述停止行走信息，并发送启动信息至所述拍摄装置和激光扫描装置开始进行拍摄和扫描;获取所述驱动信息，并发送停止信息至所述拍摄装置和激光扫描装置停止拍摄和扫描； 存储模块，获得所述拍摄装置拍摄的三维图像、所述激光扫描装置扫描的二维坐标，存储所述三维图像，以及存储和前一组已存储的二维坐标数据重合率达到70%以上的后一组二维坐标数据，并将存储的所述三维图像和二维坐标数据匹配生成三维立体地图。2.根据权利要求1所述的一种机器人导航地图生成系统，其特征在于，所述驱动装置为伺服电机。3.根据权利要求1所述的一种机器人导航地图生成系统，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两个行动轮； 所述两个行动轮设在机器人的底部，所述头部设在机器人的顶部，所述头部和两个行动轮均通过转轴与机器人主体连接。4.根据权利要求3所述的一种机器人导航地图生成系统，其特征在于，所述拍摄装置为双目立体相机。5.根据权利要求3所述的一种机器人导航地图生成系统，其特征在于，所述激光扫描装置为激光扫描仪。6.根据权利要求4和5所述的一种机器人导航地图生成系统，其特征在于，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。7.根据权利要求5所述的一种机器人导航地图生成系统，其特征在于，所述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。8.根据权利要求1所述的一种机器人导航地图生成系统，其特征在于，所述里程计数装置是码盘。
【文档编号】G01C21/00GK105953787SQ201610270635
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月27日
【发明人】武晋文, 汪黔顺, 杨书军, 方胜勇
【申请人】河北德普电器有限公司