自导向运载平台及该运载平台导航控制方法
【专利摘要】本发明提供一种自导向运载平台，包括依次相连接的位置信息采集装置、控制器、电机驱动器、电机及滚轮和为信息采集装置、控制器、电机驱动器和电机供电的电池。该运载平台，通过位置采集装置准确地感知周围环境，通过控制器的控制来调整平台的运行路径。本发明还提供一种运载平台导航控制方法，能为运载平台选择最优路径来引导其顺利到达目标点。
【专利说明】自导向运载平台及该运载平台导航控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机器人领域，具体涉及一种自导向运载平台及该运载平台导航控制方法。
【背景技术】
[0002]当今机器人技术已经深入工业自动化领域，各种机器人在工业生产中起到了越来越大的作用。作为移动机器人的关键技术之一，对环境感知并通过周围的信息进行导航避障以及执行任务已经成为自主移动机器人平台研究的重点。目前的机器人无法很好地做到准确感知周围的环境、在避障的基础上规划好行走路径。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于解决现有技术存在的问题，提供一种自导向运载平台，通过位置采集装置准确地感知周围环境，通过控制器的控制来调整平台的运行路径。本发明还提供一种运载平台导航控制方法，能为运载平台选择最优路径来引导其顺利到达目标点。
[0004]为了达到上述技术目的，本发明采用以下技术方案:
[0005]本发明提供一种自导向运载平台，包括依次相连接的位置信息采集装置、控制器、电机驱动器、电机及滚轮和为信息采集装置、控制器、电机驱动器和电机供电的电池。
[0006]作为上述方案的优选，所述的位置信息采集装置包括激光雷达、里程计与陀螺仪。
[0007]作为上述方案的优选，所述的电机为直流无刷电机。
[0008]作为上述方案的优选，所述的滚轮为麦克纳姆全向轮。
[0009]本发明提供的一种自导向运载平台相比现有技术具有以下优点:
[0010]1、通过位置采集装置准确地感知周围环境，通过控制器控制电机的转动从而调整滚轮的运动，最终达到选择最佳路径行走的目的。
[0011]2、位置信息采集装置包括多种传感器及测量设备，使位置信息测量更加准确。
[0012]3、电机选用直流无刷电机，使对滚轮的调速及控制更加灵敏和准确。
[0013]4、滚轮采用麦克纳姆全向轮，具有零转弯半径、横向平移的能力，可以在狭窄空间内或恶劣环境中自由全向移动。
[0014]本发明还提供一种运载平台导航控制方法，用于控制上述自导向运载平台的运动，步骤包括
[0015]构建全局地图，使运载平台在全局环境范围内移动，位置信息采集装置随着运载平台在全局环境范围内移动，根据位置信息采集装置采集的全局环境范围内的位置信息，获得移动范围内的全局地图；
[0016]对运载平台进行自定位，当运载平台运行到某一固定位置时，位置信息采集装置采集运载平台在这一固定位置的位置信息，从而得到处于该固定位置的运载平台在全局地图中所在的自身点；
[0017]构建运行路径，规划运载平台从自身点到目标点的最优行走路径。[0018]作为上述方案的优选，所述的构建运行路径包括构建全局路径与构建局部路径，
[0019]构建全局路径，粗略地确定运载平台从自身点到目标点的最优路径的大致方向；
[0020]构建局部路径，运载平台在最优路径的大致方向上移动的过程中，根据运载平台所处的具体位置来确定运载平台下一步的最佳行走路径。
[0021]作为上述方案的优选，所述的构建局部路径这一步骤中还包括避障，在确定运载平台下一步的最佳行走路径的过程中，给路径上的环境边缘加入一定的膨胀系数，即向路径内扩大环境边缘的厚度、缩小运载平台有效运行宽度，避免运载平台在路径中运行时撞击障碍物或者环境边缘。
[0022]作为上述方案的优选，所述的构建全局地图这一步骤中，运载平台在全局环境范围内移动，通过叠加运载平台在每一位置的位置信息获得全局地图，若运载平台重复经过某一位置，则自动将重复的位置信息合并为一处来计算全局地图。
[0023]作为上述方案的优选，所述的对运载平台进行自定位这一步骤中，位置信息采集装置采集运载平台在某一固定位置的位置信息，当采集的位置信息为多个时，综合考虑这些位置信息，从而对运载平台作出其位于全局地图中自身点的最优估计。
[0024]本发明提供的一种运载平台导航控制方法相比现有技术具有以下优点:
[0025]1、从构建全局地图-对运载平台进行自定位-构建运行路径，从而完成运载平台的路径规划。
[0026]2、构建运行路径的步骤中分为构建全局路径与局部路径，使路径的构建更加系统与细致，使路径规划更准确、合理。
[0027]3、在构建局部路径的步骤中加入避障，使运载平台有效地避开障碍物，并防止其撞到环境边缘。
[0028]4、构建全局地图时，将位置信息采用叠加的方式，不仅保证全局地图的完整性，同时提高了全局地图的创建效率。
[0029]5、对运载平台进行自定位时，将采集的多个位置信息综合考虑，使运载平台得到自身点的最优估计，对规划最优路径做好铺垫，减少路径规划中的误差。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1为本发明提供的自导向运载平台的实施例的结构框图。
【具体实施方式】
[0032]下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。
[0033]如图1所示，本发明提供一种自导向运载平台，包括依次相连接的位置信息采集装置、控制器、电机驱动器、直流无刷电机及麦克纳姆全向轮和为信息采集装置、控制器、电机驱动器和直流无刷电机供电的电池；所述的位置信息采集装置包括激光雷达、里程计与陀螺仪。
[0034]本发明提供的一种自导向运载平台，通过位置采集装置准确地感知周围环境，通过控制器控制电机的转动从而调整滚轮的运动，最终达到选择最佳路径行走的目的；位置信息采集装置包括多种传感器及测量设备，使位置信息测量更加准确；电机选用直流无刷电机，使对滚轮的调速及控制更加灵敏和准确；滚轮采用麦克纳姆全向轮，具有零转弯半径、横向平移的能力，可以在狭窄空间内或恶劣环境中自由全向移动。
[0035]本发明提供一种自导向运载平台的工作原理为，当平台运行到某一位置时，激光雷达采集平台现在所处的位置与周围物体的相对距离信息、里程计采集平台走过的距离信息、陀螺仪采集平台目前的角度信息，激光雷达、里程计与陀螺仪将采集到的位置信息传送到控制器中，控制器根据位置信息对平台的下一步运动做出指示，该指示指导电机驱动器控制直流无刷电机的转速，从而控制麦克纳姆全向轮的转向与速度，电池为激光雷达、里程计、陀螺仪、控制器、电机驱动器和直流无刷电机供电，保证整个平台的正常供电需求。
[0036]本发明还提供一种运载平台导航控制方法，用于控制上述自导向运载平台的运动，步骤包括:构建全局地图，使运载平台在全局环境范围内移动，位置信息采集装置随着运载平台在全局环境范围内移动，根据位置信息采集装置采集的全局环境范围内的位置信息，通过叠加运载平台在每一位置的位置信息获得全局地图，若运载平台重复经过某一位置，则自动将重复的位置信息合并为一处，从而获得移动范围内的全局地图；对运载平台进行自定位，当运载平台运行到某一固定位置时，位置信息采集装置采集运载平台在这一固定位置的位置信息，当采集的位置信息为多个时，综合考虑这些位置信息，从而得到处于该固定位置的运载平台在全局地图中所在的自身点的最优估计；构建运行路径，规划运载平台从自身点到目标点的最优行走路径。
[0037]本发明提供的一种运载平台导航控制方法，从构建全局地图-对运载平台进行自定位-构建运行路径，从而完成运载平台的路径规划。构建全局地图时，将位置信息采用叠加的方式，不仅保证全局地图的完整性，同时提高了全局地图的创建效率；对运载平台进行自定位时，将采集的多个位置信息综合考虑，使运载平台得到自身点的最优估计，对规划最优路径做好铺垫，减少路径规划中的误差。
[0038]优选地，所述的构建运行路径包括构建全局路径与构建局部路径，构建全局路径，粗略地确定运载平台从自身点到目标点的最优路径的大致方向；构建局部路径，运载平台在最优路径的大致方向上移动的过程中，根据运载平台所处的具体位置来确定运载平台下一步的最佳行走路径，在确定运载平台下一步的最佳行走路径的过程中，还包括避障，给路径上的环境边缘加入一定的膨胀系数，即向路径内扩大环境边缘的厚度、缩小运载平台有效运行宽度，避免运载平台在路径中运行时撞击障碍物或者环境边缘。
[0039]本发明提供的一种运载平台导航控制方法，构建运行路径的步骤中分为构建全局路径与局部路径，使路径的构建更加系统与细致，使路径规划更准确、合理。在构建局部路径的步骤中加入避障，使运载平台有效地避开障碍物，并防止其撞到环境边缘。
[0040]本发明提供的一种运载平台导航控制方法，可以由自导向运载平台里的控制器来完成，由控制器接收来自位置信息采集装置的位置信息，根据该位置信息做出导航控制，规划出最优路径，从而控制电机驱动器驱动电机的转速来调整滚轮的运动方向及速度。
[0041]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种自导向运载平台，其特征在于，包括依次相连接的位置信息采集装置、控制器、电机驱动器、电机及滚轮和为信息采集装置、控制器、电机驱动器和电机供电的电池。
2.根据权利要求1所述的自导向运载平台，其特征在于，所述的位置信息采集装置包括激光雷达、里程计与陀螺仪。
3.根据权利要求1所述的自导向运载平台，其特征在于，所述的电机为直流无刷电机。
4.根据权利要求1所述的自导向运载平台，其特征在于，所述的滚轮为麦克纳姆全向轮。
5.一种运载平台导航控制方法，其特征在于，用于控制权利要求1-4中任一自导向运载平台的运动，步骤包括 构建全局地图，使运载平台在全局环境范围内移动，位置信息采集装置随着运载平台在全局环境范围内移动，根据位置信息采集装置采集的全局环境范围内的位置信息，获得移动范围内的全局地图； 对运载平台进行自定位，当运载平台运行到某一固定位置时，位置信息采集装置采集运载平台在这一固定位置的位置信息，从而得到处于该固定位置的运载平台在全局地图中所在的自身点； 构建运行路径，规划运载平台从自身点到目标点的最优行走路径。
6.根据权利要求5所述的运载平台导航控制方法，其特征在于，所述的构建运行路径包括构建全局路径与构建局部路径， 构建全局路径，粗略地确定运载平台从自身点到目标点的最优路径的大致方向；构建局部路径，运载平台在最优路径的大致方向上移动的过程中，根据运载平台所处的具体位置来确定运载平台下一步的最佳行走路径。
7.根据权利要求6所述的运载平台导航控制方法，其特征在于，所述的构建局部路径这一步骤中还包括避障，在确定运载平台下一步的最佳行走路径的过程中，给路径上的环境边缘加入一定的膨胀系数，即向路径内扩大环境边缘的厚度、缩小运载平台有效运行宽度，避免运载平台在路径中运行时撞击障碍物或者环境边缘。
8.根据权利要求7所述的运载平台导航控制方法，其特征在于，所述的构建全局地图这一步骤中，运载平台在全局环境范围内移动，通过叠加运载平台在每一位置的位置信息获得全局地图，若运载平台重复经过某一位置，则自动将重复的位置信息合并为一处来计算全局地图。
9.根据权利要求1所述的运载平台导航控制方法，其特征在于，所述的对运载平台进行自定位这一步骤中，位置信息采集装置采集运载平台在某一固定位置的位置信息，当采集的位置信息为多个时，综合考虑这些位置信息，从而对运载平台作出其位于全局地图中自身点的最优估计。
【文档编号】G05D1/02GK103777629SQ201310401457
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年9月5日 优先权日:2013年9月5日
【发明者】杜骁释, 谢凯文, 胡建军, 徐曙, 汤章银 申请人:武汉汉迪机器人科技有限公司