CN106020201A - 移动机器人3d导航定位***及导航定位方法 - Google Patents

移动机器人3d导航定位***及导航定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及定位导航领域，尤指一种移动机器人3D导航定位***，包括机器人，所述的机器人前端设有图像采集模块，所述的机器人内设有中央处理器、MUC模块、图像修正模块、路径调整模块和机器人行走移动模块，所述的中央处理器与图像采集模块连接，所述的中央处理器和MUC交互连接，所述的MUC分别与图像修正模块、路径调整模块和机器人行走移动模块连接。本发明的有益效果在于：本发明采用3D摄像头作为数据采集前端，配合中间的RGB摄像头进行环境物体识别，与红外传感器采集的数据相互修正，通过编码器与加速度传感器的融合技术，结合SLAM算法绘制环境地图，设计出一套移动机器人的导航定位、测距、路径规划方案。

Description

移动机器人3D导航定位***及导航定位方法
技术领域
本发明涉及定位导航领域，尤指一种移动机器人3D导航定位***及导航定位方法。
背景技术
当前移动机器人定位导航领域主要还是通过磁条导航或者采用2D激光雷达模块进行导航定位，主要存在以下缺点：
1.磁条导航需事先在行驶路线上贴上磁条，破坏原有环境的结构，而且不灵活。
2.2D激光测距雷达无法完成普通阵面扫描雷达的三维深度视觉功能。
3.只能对同一个平面上的场景进行扫描，而且无法进行障碍物材料识别。
4.2D激光测距雷达只能是单线扫描，因此不可避免的会引起比较严重的障碍物的漏检和虚报现象。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种移动机器人3D导航定位***及导航定位方法。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案是：一种移动机器人3D导航定位***，包括机器人，所述的机器人前端设有图像采集模块，所述的机器人内设有中央处理器、MUC模块、图像修正模块、路径调整模块和机器人行走移动模块，所述的中央处理器与图像采集模块连接，所述的中央处理器和MUC交互连接，所述的MUC分别与图像修正模块、路径调整模块和机器人行走移动模块连接，
其中，机器人通过图像采集模块采集数据并传输至中央处理器进行环境物体的识别，同时MCU通过图像修正模块采集数据上传到中央处理器中进行移动距离计算与定位并规划行走路线，所述的路径调整模块修正规划的行走路线并把数据传输至MUC，MUC控制机器人行走移动模块来避开所遇到的障碍物。
优选地，所述的图像采集模块为3D摄像头。
优选地，所述的图像采集模块采用激光雷达进行环境数据扫描。
优选地，所述的图像修正模块包括RGB摄像头和红外传感器，所述的RGB摄像头和红外传感器分别与MUC输入端连接。
优选地，所述的路径调整模块包括编码器和加速度传感器，所述的编码器和加速度传感器分别与MUC输入端连接。
优选地，所述的机器人行走移动模块包括双轮电机和由双轮电机控制行走的行走单。元。
本发明的工作原理：3D摄像头采集机器人前方的环境数据并把采集到的数据传输至中央处理器，RGB摄像头进行环境物体识别并把识别后的环境物体识别数据传输至中央处理器，此时中央处理器结合RGB摄像头对环境物体识别数据与红外传感器采集的数据相互修正，中央处理器中进行移动距离计算与定位并规划行走路线，若行走过程中3D摄像头采集到前方有障碍物，通过编码器、加速度传感器所述的路径调整模块修正规划的行走路线并反馈至MUC，中央处理器与MCU数据交互数据并计算出移动机器人的导航定位、测距、路径规划路线。
一种应用移动机器人3D导航定位***的导航定位方法，包括如下步骤：
步骤一：机器人启动，通过机器人前端的3D摄像头采集周围环境数据，将数据发送至于中央处理器进行分析处理，通过SLAM算法绘制出周围环境地图；
步骤二：地图绘制完成后中央处理器进行建模计算机器人到地图上各点的路线，规划移动行走路线；
步骤三：中央控制器给MCU下达指令，移动到指定地点，机器人移动过程中通过3D摄像头不断地采集数据，进行环境物体的识别，同时MCU将采集编码器和加速度传感器的数据实时上传到中央处理器中进行移动距离计算与定位，并且在全局扫描地图之中再绘制出一个实时动态地图；
步骤四：中央处理器与MCU数据交互，获取传感器与编码器反馈数据，使得机器人能够在一个动态变化的环境之中移动，结合摄像头与传感器的数据，调整双轮电机驱动速度，修正规划的行走路线来避开所遇到的障碍物；
步骤五：最终在动态地图扫描运行的当中，移动机器人沿着新规划的路线绕过障碍物，到达目的地。之后设备将清除原来的路径规划与障碍物，重新进行扫描，生成新的地图与路线规划。
本发明的有益效果在于：本发明采用3D摄像头作为数据采集前端，配合中间的RGB摄像头进行环境物体识别，与红外传感器采集的数据相互修正，通过编码器与加速度传感器的融合技术，结合SLAM算法绘制环境地图，设计出一套移动机器人的导航定位、测距、路径规划方案，本发明不需要破坏原有环境的结构且行走灵活，具有三维深度视觉，具有进行障碍物材料识别功能，不存在障碍物的漏检和虚报现象。
附图说明
图1 是本发明结构示意图。
图2 是机器人定位过程流程示意图。
图3 是机器人规划移动行走路线图。
图4 是机器人移动行走遇到障碍物的示意状态图。
图5 是机器人重新规划路线图。
图6 是机器人生成新的地图与路线规划。
具体实施方式
请参阅图1-6所示，本发明关于一种移动机器人3D导航定位***，包括机器人，所述的机器人前端设有图像采集模块，所述的机器人内设有中央处理器、MUC模块、图像修正模块、路径调整模块和机器人行走移动模块，所述的中央处理器与图像采集模块连接，所述的中央处理器和MUC交互连接，所述的MUC分别与图像修正模块、路径调整模块和机器人行走移动模块连接，其中，机器人通过图像采集模块采集数据并传输至中央处理器进行环境物体的识别，同时MCU通过图像修正模块采集数据上传到中央处理器中进行移动距离计算与定位并规划行走路线，所述的路径调整模块修正规划的行走路线并把数据传输至MUC，MUC控制机器人行走移动模块来避开所遇到的障碍物。
优选地，所述的图像采集模块为3D摄像头。
优选地，所述的图像采集模块采用激光雷达进行环境数据扫描。
优选地，所述的图像修正模块包括RGB摄像头和红外传感器，所述的RGB摄像头和红外传感器分别与MUC输入端连接。
优选地，所述的路径调整模块包括编码器和加速度传感器，所述的编码器和加速度传感器分别与MUC输入端连接。
优选地，所述的机器人行走移动模块包括双轮电机和由双轮电机控制行走的行走单元。
本发明的工作原理：3D摄像头采集机器人前方的环境数据并把采集到的数据传输至中央处理器，RGB摄像头进行环境物体识别并把识别后的环境物体识别数据传输至中央处理器，此时中央处理器结合RGB摄像头对环境物体识别数据与红外传感器采集的数据相互修正，中央处理器中进行移动距离计算与定位并规划行走路线，若行走过程中3D摄像头采集到前方有障碍物，通过编码器、加速度传感器所述的路径调整模块修正规划的行走路线并反馈至MUC，中央处理器与MCU数据交互数据并计算出移动机器人的导航定位、测距、路径规划路线。
一种应用移动机器人3D导航定位***的导航定位方法，包括如下步骤：
步骤一：机器人启动，通过机器人前端的3D摄像头采集周围环境数据，将数据发送至于中央处理器进行分析处理，通过SLAM算法绘制出周围环境地图；
步骤二：地图绘制完成后中央处理器进行建模计算机器人到地图上各点的路线，规划移动行走路线；
步骤三：中央控制器给MCU下达指令，移动到指定地点，机器人移动过程中通过3D摄像头不断地采集数据，进行环境物体的识别，同时MCU将采集编码器和加速度传感器的数据实时上传到中央处理器中进行移动距离计算与定位，并且在全局扫描地图之中再绘制出一个实时动态地图；
步骤四：中央处理器与MCU数据交互，获取传感器与编码器反馈数据，使得机器人能够在一个动态变化的环境之中移动，结合摄像头与传感器的数据，调整双轮电机驱动速度，修正规划的行走路线来避开所遇到的障碍物；
步骤五：最终在动态地图扫描运行的当中，移动机器人沿着新规划的路线绕过障碍物，到达目的地。之后设备将清除原来的路径规划与障碍物，重新进行扫描，生成新的地图与路线规划。
本发明的有益效果在于：本发明采用3D摄像头作为数据采集前端，配合中间的RGB摄像头进行环境物体识别，与红外传感器采集的数据相互修正，通过编码器与加速度传感器的融合技术，结合SLAM算法绘制环境地图，设计出一套移动机器人的导航定位、测距、路径规划方案，本发明不需要破坏原有环境的结构且行走灵活，具有三维深度视觉，具有进行障碍物材料识别功能，不存在障碍物的漏检和虚报现象。
以上实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种移动机器人3D导航定位***，包括机器人，其特征在于：所述的机器人前端设有图像采集模块，所述的机器人内设有中央处理器、MUC模块、图像修正模块、路径调整模块和机器人行走移动模块，所述的中央处理器与图像采集模块连接，所述的中央处理器和MUC交互连接，所述的MUC分别与图像修正模块、路径调整模块和机器人行走移动模块连接，其中，机器人通过图像采集模块采集数据并传输至中央处理器进行环境物体的识别，同时MCU通过图像修正模块采集数据上传到中央处理器中进行移动距离计算与定位并规划行走路线，所述的路径调整模块修正规划的行走路线并把数据传输至MUC，MUC控制机器人行走移动模块来避开所遇到的障碍物。
2.根据权利要求1所述的一种移动机器人3D导航定位***，其特征在于：所述的图像采集模块为3D摄像头。
3.根据权利要求1所述的一种移动机器人3D导航定位***，其特征在于：所述的图像采集模块采用激光雷达进行环境数据扫描。
4.根据权利要求1所述的一种移动机器人3D导航定位***，其特征在于：所述的图像修正模块包括RGB摄像头和红外传感器，所述的RGB摄像头和红外传感器分别与MUC输入端连接。
5.根据权利要求1所述的一种移动机器人3D导航定位***，其特征在于：所述的路径调整模块包括编码器和加速度传感器，所述的编码器和加速度传感器分别与MUC输入端连接。
6.根据权利要求1所述的一种移动机器人3D导航定位***，其特征在于：所述的机器人行走移动模块包括双轮电机和由双轮电机控制行走的行走单元。
7.一种应用根据权利要求1所述的移动机器人3D导航定位***的导航定位方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：机器人启动，通过机器人前端的3D摄像头采集周围环境数据，将数据发送至于中央处理器进行分析处理，通过SLAM算法绘制出周围环境地图；
步骤二：地图绘制完成后中央处理器进行建模计算机器人到地图上各点的路线，规划移动行走路线；
步骤三：中央控制器给MCU下达指令，移动到指定地点，机器人移动过程中通过3D摄像头不断地采集数据，进行环境物体的识别，同时MCU将采集编码器和加速度传感器的数据实时上传到中央处理器中进行移动距离计算与定位，并且在全局扫描地图之中再绘制出一个实时动态地图；
步骤四：中央处理器与MCU数据交互，获取传感器与编码器反馈数据，使得机器人能够在一个动态变化的环境之中移动，结合摄像头与传感器的数据，调整双轮电机驱动速度，修正规划的行走路线来避开所遇到的障碍物；
步骤五：最终在动态地图扫描运行的当中，移动机器人沿着新规划的路线绕过障碍物，到达目的地，之后设备将清除原来的路径规划与障碍物，重新进行扫描，生成新的地图与路线规划。
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