一种基于融合导航的全向移动机器人基座装置及其应用的制作方法

本发明属于移动机器人，涉及一种全向移动机器人基座装置。

背景技术：

1、在机器人技术领域，现有技术包括各种类型的机器人底盘，其中包括全向移动底盘，以便机器人能够按照预定的轨迹运动或者达到预期的工作位置。

2、随着机器人技术的飞速发展，机器人的地盘、尤其是全向移动底盘相关技术也有了突飞猛进的发展。全向移动底盘通常包括车架、全向驱动模块、导航模块和避障模块等关键组件。车架用于机器人的安置，全向驱动模块用于实现机器人向各个方向移动，导航模块用于促使机器人到达预定位置或者按照预定的轨迹运动，避障模块用于避免机器人碰撞到障碍物。这些模块协调作用，以提高对机器人的运动控制。

3、尽管现有机器人底盘技术在多领域中取得了成功，但仍存在一些不足之处，如运动控制的精度、适应性和导航效率。这些问题驱使我们寻求一种新的技术方案，以提高机器人底盘的性能。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于解决现有机器人底盘中运动控制和导航方面的不足，通过全向移动机器人底盘的设计和导航系统来提高性能。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

3、本发明提供了一种全向移动机器人基座装置，包括车架11、全向驱动模块、导航模块、避障模块。全向驱动模块包括全向驱动轮组，全向驱动轮组安置在车架11的下部。导航模块包括磁导航仪，车架11的底部设置由一个或者多个磁导航仪组成的磁导航仪组。避障模块包括第一避障雷达2、第二避障雷达8，第一避障雷达2和第二避障雷达8安装在车架11对角处。在本发明的一个优选例中，全向移动机器人基座装置是包括全向驱动模块、导航模块、避障模块的全向运动机器人底盘。

4、车架11可以采用各种市售的硬质底座，用于安置或者支持机器人的放置。机器人能够通过编程和自动控制来执行诸如作业或移动等任务，能够半自主或全自主工作的智能机器。本发明适用的机器人不仅指人形机器人，还包括各种直角坐标型机器人、圆柱坐标型机器人、球(极)坐标型机器人、关节型机器人等等。

5、优选地，所述全向驱动模块包括惯性传感器4，惯性传感器4安装在车架11中心位置。惯性传感器(inertial measurement unit，简称imu)，是测量物体三轴姿态角(或角速率)及加速度的装置。陀螺仪和加速度计，是惯性导航系统的核心装置。借助内置的加速度传感器和陀螺仪，imu可测量来自三个方向的线性加速度和旋转角速率，通过解算可获得载体的姿态、速度和位移等信息。imu主要由三个mems加速度传感器及三个陀螺和解算电路组成。在本发明的一个优选例中，惯性传感器4安置在第一磁导航仪5中部。

6、优选地，所述的磁导航仪安装在车架11中轴线上，便于磁导航仪兼顾整个车架的位置和运动。磁导航仪安装在车架中轴线上为中心对称排布，当全向移动机器人自旋转180°调转方向后，磁导航仪的位置与自旋转前的位置重合，可以忽略全向移动机器人自旋转对运动的影响，简化了全向移动机器人的运动模型，同时降低了磁导航仪对应的磁钉标记物的放置数量和位置的要求。所述的全向移动机器人基座装置包括设置在全向移动机器人移动空间表面的磁性标记物，磁性标记物与磁导航仪识别。使用时，全向移动机器人基座装置需要在铺设磁性标记物的通道上移动，搭配地面铺设的磁性标记物，可以为机器人提供车身偏差数据。

7、优选地，所述的磁导航仪组包括安置在车架11上的第一磁导航仪5、第二磁导航仪6和第三磁导航仪10。第一导航仪设置在车架11中部，与第二磁导航仪6或者第三磁导航仪10垂直设置。第二磁导航仪6和第三磁导航仪10平行，分别设置在靠近车架11左右两侧边缘的位置，可以紧贴车架11边缘，也可以与边缘有一定距离，例如1-3厘米。更优的，第二磁导航仪6和第三磁导航仪10对称设置。磁导航仪为长条状是为了增加感应的距离，图中使用的磁导航仪长度为20cm，全向移动机器人在运动过程中必然存在一定的水平和角度偏差，当全向移动机器人经过对应的磁性标记物时，通过三个磁导航仪感应偏差数据，计算全向移动机器人相对于标准位置的水平和角度偏差，然后进行纠偏调整，保证全向移动机器人的位置准确。imu需安装在车架11的中心位置，提供三轴加速度、三轴陀螺仪和三轴磁力计，型号无特殊要求，9轴及以上imu传感器均可。

8、优选地，导航模块包括一个或者多个激光雷达，激光雷达安装于车架11对角处。激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。激光雷达向目标发射探测信号(激光束),然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数,从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。激光雷达由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成，激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲，送到显示器，通常工作在红外和可见光波段。

9、优选地，所述全向驱动模块与导航模块、避障模块电连接。电连接包括有线连接和无线连接。导航模块将预设位置信息发送给全向驱动模块，避障模块将障碍信息发送给全向驱动模块。

10、优选地，所述车架底部安装全向驱动轮组，全向驱动轮组由一个或者多个全向驱动轮9组成。

11、全向驱动轮9可以选择各种市售的驱动轮，能够实现快速转向、在各个方向上行进为优。在本发明的一个优选例中，所述的全向驱动轮9是聚氨酯轮901。

12、优选地，所述全向驱动轮组包括角度编码器902和具有里程计功能的电机903。角度编码器是一种能够测量物体旋转角度的装置。它可以将旋转的机械运动转换成电信号，从而实现对旋转角度的测量和控制。旋转编码器是一种可以输出相对式位置信息的旋转传感器，但只能进行相对位移的测量，不能直接测量绝对位置。角度编码器902安装于全向驱动轮9的顶部、全向驱动轮9与车架的连接处。具有里程计功能的电机903固定在全向驱动轮9上，为全向驱动轮及其相关装置提供动力。

13、本发明的全向移动机器人基座装置可以沿着设计的最短路线高效的将机器人运送到目的地，所述的应用包括以下步骤：

14、s1，在全向移动机器人的移动范围内周边环境铺设磁性标记物；

15、s2，通过激光导航进行初始位置定位；

16、s3，使用磁导航仪与周边环境铺设的磁性标记物识别或匹配，规划行进路径；

17、s4，切换至激光导航模式在目的地处进行位置定位，以检测所在位置是否与预定目的地匹配；

18、s5，如果全向移动机器人所在位置与预定的目的地不匹配，则重复s2、s3和s4步骤。

19、优选地，步骤s2包括：在磁导航地图中查找起始点a在路径上最优的起始磁钉组点，磁导航地图包含磁钉组在地图中的坐标信息，查找距离a点最近且方向一致的磁钉组点，命名此点为a0，同理得到终点b在路径上的最优的终点磁钉点，命名为b0；磁钉导航的位置精度不低于±1mm。

20、优选地，步骤s3包括：使用迪杰斯特拉算法中贪心算法的策略，每次遍历到始点距离最近且未访问过的顶点的邻接节点，直到扩展到终点为止，使用此方法遍历a0点到b0点的路径，获取最短路径。

21、优选地，步骤s4包括：

22、s4.1.使用navigation 2设置起始点为a，设置终点为a0，让机器人进行自主slam导航；

23、s4.2.当运动到a0点按照上一步规划的磁钉导航路径，使用磁导航方式精确高速运动到b0点；

24、s4.3.使用navigation 2设置起始点为b0，设置终点为b，让机器人进行自主slam导航运动到终点。

25、上述a、a0、b、b0等仅作为起点和终点的举例，并非用于限定起点和终点。

26、本发明与现有技术相比具有以下优点：

27、1、本发明结构简单,成本较低，便于推广使用。

28、2、本发明通过磁导航和激光slam导航两种导航方式，解决了磁导航环境适应性差和激光slam导航精度低的问题，极大地提高了该机器人底盘的性能。

29、3、本发明设计新颖合理，体积小，响应速度快，拆卸安装方便，实用性强。

30、综上所述，本发明设计新颖合理，结构简单，使用元件少、可靠性高、造价低、受环境温度变化影响小，可及时提供位置信息并进行导航，拆卸安装方便，可靠性高，实用性强，便于推广使用。

31、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。