技术特征：
1.一种环境监测智能小车的控制方法，其特征在于，包括有如下步骤：s1：设置小车进行周围环境建图的运动轨迹，将小车放在运动轨迹的初始位置，启动小车上的激光雷达、imu传感器和物联网传感器；利用激光雷达采集小车行驶过程中的激光雷达建图数据，激光雷达建图数据包括有激光雷达采集的角度angle和范围range数据；s2：通过小车按照运动轨迹行驶过程中采集的激光雷达建图数据，基于hector-slam算法建立医院二维地图；同时，利用imu传感器采集小车行驶过程中的初始位姿q0，确定小车运动过程中自身的位姿α0，以及实现小车定位；s3：通过远程桌面nomachine软件远程查看树莓派中的rviz界面，并根据医院二维地图信息设定小车的巡逻路径；s4：小车沿设定的巡逻路径行驶，并启动小车和环境检测传感器，使用环境检测传感器实时将各环境数据通过开源服务云平台onenet传输至网络终端服务中心进行分析及预警，当传输数据超出设定的阈值，通过设置的语音播报传感器发出警报，提醒终端处理；s5：当医院的局部地区出现预警时，终端护士站的工作人员收到预警提示信息后，通过操作远程桌面查看rviz界面内的小车位置信息，确定预警地区的位置，进行处理。2.根据权利要求1所述的环境监测智能小车的控制方法，其特征在于，步骤s2中医院二维地图的建图与小车定位的方法包括如下步骤：s21：利用hector-slam算法实现实时定位与建图，使用当前帧的激光雷达数据与已有栅格地图数据构建误差函数；所述hector-slam算法的核心扫描匹配模型为：slam算法的核心扫描匹配模型为：slam算法的核心扫描匹配模型为：其中，p
x
和p
y
分别为小车在世界坐标系下的横、纵坐标，为小车基于世界坐标系y轴旋转的角度；δ为初始或上一时刻小车在世界坐标系下的位姿，δ
*
为当前优化后小车在世界坐标系下的位姿，s
i
(δ)为激光雷达的扫描端点转换到世界坐标系的坐标，m(s
i
(δ))为坐标点s
i
(δ)占据栅格地图的占用值，即扫描匹配的结果；s
k，x
和s
k，y
分别为每一帧每一个激光雷达的扫描端点在激光雷达坐标系下的横、纵坐标，n代表激光雷达每帧激光扫描点的个数，k为激光雷达扫描端点的标签，为激光雷达采集的原始数据经过极坐标转换得到，原始数据包括每一帧的每一个激光扫描端点的角度angle和范围range数据；为激光雷达坐标系转换到世界坐标系的旋转矩阵，为平移矩阵，由初始位姿α0决定；初始化激光雷达自身的激光雷达坐标系，使世界坐标系、激光雷达坐标系和栅格地图坐标系三者重合，得到小车的初始位姿δ0，此时imu传感器的初始位姿q0已知，通过设置权重i选择最终激光雷达的初始位姿α0；α0＝(1-i)δ0+iq0通过极坐标转换计算第一帧激光雷达扫描数据所有激光点扫描端点在激光坐标系下
的位姿δ
′0，即δ
′0＝(range0*cos(angle0)，range0*sin(angle0)，angle0)
t
其中，range0为激光点扫描端点在激光雷达坐标系下的范围数据，angle0为激光点扫描端点在激光雷达坐标系下的角度数据；获取第二帧的激光雷达建图数据中的角度angle和范围range数据，并将角度angle和范围range数据进行极坐标转换，计算激光雷达坐标系下第二帧数据的坐标；根据第二帧激光雷达建图数据相对于第一帧激光雷达建图数据的位姿增量δα，得到小车第二帧的位姿δ1：δ1＝α0+δαimu传感器的位姿q1已知，进一步通过α0＝(1-i)δ0+iq0进行位姿数据融合得到小车此时位姿α1，即α1＝(1-i)δ1+iq1；获取第二帧所有激光扫描端点数据在栅格地图坐标系下的坐标；s22：根据相邻两帧所有激光扫描端点匹配误差最小值，计算所有激光扫描端点在栅格地图中占用偏差总量的最小值：进一步通过taylor展开为：即：2(m-n*δα)＝0对δα进行求导：对δα进行求导：对δα进行求导：通过已知初始位姿α0和每一帧所有激光扫描端点的坐标数据计算位姿增量δα：δ1＝α0+δα通过2(m-n*δα)＝0计算小车当前优化后的位姿δ1，实现小车定位。3.根据权利要求1所述的环境监测智能小车的控制方法，其特征在于，所述步骤s4中的环境检测传感器包括有环境温湿度传感器(84)、空气质量传感器(85)、温湿度传感器和光照传感器。4.一种利用权利要求1-3任一项所述控制方法工作的环境监测智能小车，其特征在于，包括底板(1)和固定在底板(1)上方的顶板(2)，所述底板(1)与所述顶板(2)之间还固定有外壳前挡板(3)、左侧板(4)、后板(5)和右侧板，所述底板(1)上设置有若干全向轮(6)和带动所述全向轮(6)的全向轮电机。5.根据权利要求4所述的环境监测智能小车，其特征在于，所述底板(1)与所述顶板(2)之间还设置电机驱动板支撑架，所述电机驱动板支撑架与底板(1)之间设置有电池(10)，所
述电机驱动板支撑架上方还固定有电机驱动板(11)和控制板(9)，所述电机驱动板和控制板(9)通过若干六角形螺柱固定在底板(1)上。6.根据权利要求5所述的环境监测智能小车，其特征在于，所述电池(10)的外部设置有u型隔板，所述u型隔板由三块隔板插接组成，所述u型隔板的两端与所述后板(5)固定连接，所述u型隔板的底部固定在底板(1)上。7.根据权利要求4所述的环境监测智能小车，其特征在于，还包括有安装所述全向轮电机的l形固定板(13)，所述l形固定板(13)的一段设置有安装全向轮电机的通孔，所述全向轮电机固定在通孔内；所述l形固定板(13)的另一段通过若干螺钉固定在底板的底侧。8.根据权利要求4所述的环境监测智能小车，其特征在于，所述底板(1)的四周下部外围固定有边侧围板；位于所述底板(1)前、后侧的边侧围板为弧形板，所述弧形板凹向车身前侧；位于所述底板(1)左、右侧的边侧围板设置有与l形固定板(13)配合的矩形开口。
技术总结
本发明公开了一种环境监测智能小车的控制方法，包括如下表步骤：S1：设置小车进行周围环境建图的运动轨迹，启动若干工作设备；S2：利用激光雷达采集激光雷达建图数据，利用IMU传感器采集小车自身的位姿，包括初始位姿q0，基于Hector-SLAM算法建立医院二维地图；S3：根据医院二维地图信息设定小车的巡逻路径；S4：小车沿巡逻路径行驶，利用环境检测传感器检测数据；S5：工作人员根据预警提示信息，确定预警地区的位置，并进行处理。本发明可以通过激光雷达实时进行扫描，建立当前医院环境的医院二维地图，激光雷达融合IMU传感器进行定位，能够提供更加精准的智能小车定位信息，从而快速准确的进行下一步处理。的进行下一步处理。的进行下一步处理。
技术研发人员：李林静 霍建文 喻文兵 林海涛 洪开波 张华 周怀芳 陈波 罗萌萌 李旭中
受保护的技术使用者：西南科技大学
技术研发日：2022.09.27
技术公布日：2023/3/7