基于激光导航的全方位运动机构控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于激光导航的全方位运动机构控制系统，括基于ROS四轴控制系统的全向移动模块以及基于RPLIDAR激光雷达的导航模块；ROS四轴控制系统通过RPLIDAR激光雷达实时反馈位置信息，通过驱动器控制检测机器人的转速和转向，实现检测机器人的横移、斜行和绕自身轴线的原地旋转运动，保证检测机器人沿预定路径行走；RPLIDAR激光雷达通过配套的USB连接线与PC机相连，PC机通过RPLIDAR激光雷达实现对检测机器人的地图构建和路径规划，并把规划好的路径信息存储在全向移动模块中；RPLIDAR激光雷达实时对检测机器人进行导航定位，并把采集的位置信息实时传递给全向移动模块，根据反馈的位置信息，ROS四轴控制系统不断调整全向移动模块使检测机器人沿预定轨迹行走。

Omni directional motion mechanism control system based on laser navigation

The invention discloses a control system of the full range of motion mechanism based on laser navigation, based on the omnidirectional mobile module ROS four axis control system based on RPLIDAR laser radar and navigation module; ROS four axis control system by RPLIDAR laser radar real-time position feedback information, drive through the control of robot for detecting speed and steering, moving, implementation the in situ detection robot rotating around its axis and oblique, ensure the robot along a predetermined path walking; RPLIDAR laser radar is connected through supporting USB cable with PC machine, PC machine through RPLIDAR laser radar to realize the detection of robot map building and path planning, and the planned path information stored in the Omni mobile module; RPLIDAR laser radar real-time navigation of inspection robot, and the real-time position information acquisition To the omnidirectional mobile module, the ROS four axis control system continuously adjusts the omnidirectional moving module according to the position information of the feedback so that the detecting robot can walk along the predetermined trajectory.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于激光导航的全方位运动机构控制系统。
技术介绍
随着科学技术的发展，移动机器人技术得到快速发展，特别是AGV移动机器人，在工厂车间及仓储物流方面得到越来越广泛的应用。由于传统的AGV移动机器人都有一定的转弯半径，不能适应狭窄的环境，所以出现了全方位移动机器人，该机器人运动灵活，能够在保持自身位姿不变的情况下实现横移、斜行以及绕自身轴线的旋转运动，从而适应狭窄空间环境。对于一些特殊的工作环境，要求其在适应狭窄环境的同时，能够在远距离运行时沿固定路径行走。目前，路径规划是移动机器人技术的关键部分，而导航技术是路径规划能否实现的前提条件。AGV小车能够实现路径的自动导引，其关键就在于导航技术的引入以及对导引信息的识别。AGV的导引方式分类可按导引信息的不同来源划分，也可按导引线路的不同形式进行划分。按信息来源不同，可以分为内导式和外导式，常见的内导式主要有惯性法、坐标法等，常见的外导式主要有电磁感应、激光、光学等。按线路形式划分，可分为有线式和无线式，常见的有线式方法有电磁线、磁带线、色带线等，常见的无线式方法有超声波、激光、坐标、陀螺仪、卫星定位等。在目前的换流阀厅中，由于其内部的强电磁场环境，空间结构的复杂性，一般不允许改变换流阀厅内部的环境条件；换流阀厅内部设备极其昂贵，必须保证内部设备的运行安全，因此实现对换流阀厅全方位运载机器人的精确稳定控制，对实现其运载功能及与壁面清洁机器人的协调配合实现清洗作业具有重要意义。本专利技术设计了一种基于激光导航的全方位运动机构控制系统，在控制全向轮运动的同时，基于RPLIDAR激光雷达技术，实现对工作环境360°全方位激光扫描，能够实现机器人障碍物检测、地图构建、自主定位导航和路径规划，提高机器人的运动精度。
技术实现思路
为了克服现有在变电站换流阀厅强磁场环境下，对移动机器人适应狭窄环境，实现灵活避障以及沿固定轨迹运动的特殊要求，存在的上述缺陷，本专利技术提供一种可实现全方位移动机器人沿固定路径行走及提高运动精度的基于激光导航的全方位运动机构控制系统。本专利技术采用的技术方案是：基于激光导航的全方位运动机构控制系统,其特征在于:包括基于ROS四轴控制系统的全向移动模块以及基于RPLIDAR激光雷达的导航模块；其中，所述的ROS四轴控制系统通过RPLIDAR激光雷达实时反馈位置信息，通过驱动器控制检测机器人的转速和转向，实现检测机器人的横移、斜行和绕自身轴线的原地旋转运动，保证检测机器人沿预定路径行走；所述的RPLIDAR激光雷达可进行设定的半径范围的360°全方位扫描测距任务并且通过配套的USB连接线与PC机相连，所述的PC机通过RPLIDAR激光雷达实现对检测机器人的地图构建和路径规划，并把规划好的路径信息存储在全向移动模块中；所述的RPLIDAR激光雷达实时对检测机器人进行导航定位，并把采集的位置信息实时传递给全向移动模块，根据反馈的位置信息，ROS四轴控制系统不断调整全向移动模块使检测机器人沿预定轨迹行走。所述的检测机器人包括机器人主体，还包括设置于机器人主体上的全向轮、驱动器、ROS四轴控制系统、RPLIDAR激光雷达以及用于安装限位开关的限位开关安装板；所述的ROS四轴控制系统通过RPLIDAR激光雷达实时反馈的位置信息，通过驱动器控制全向轮的转速和转向，实现检测机器人的横移、斜行和绕自身轴线的原地旋转运动，保证检测机器人沿预定路径行走；所述的ROS四轴控制系统通过限位开关测得的位置信息，实现对检测机器人停靠位置的精确控制。还包括数据采集模块，所述的数据采集模块采集限位开关测得的位置信息，根据设计需求调整采样速率。还包括数据处理模块和数据分析模块，所述的数据处理模块接收数据采集模块采集的信号并通过数据分析模块进行数据分析，将分析结果传送至ROS四轴控制系统，ROS四轴控制系统根据分析结果调整检测机器人的运动状态，实现对检测机器人运动状态及路径的控制。所述的RPLIDAR激光雷达4具有2-10Hz可配置的扫描频率，可通过电机PWM信号控制RPLIDAR激光雷达的扫描频率。该激光雷达在5.5Hz的扫描频率时能够实现测距分辨率为当前距离值的0.2％，该导航模块通过对工作环境进行建模，进行轨迹规划，可根据采集的位置信号进行实时在线调整运动状态，可实现对机器人系统的精确导航。计算机通过激光雷达实现对机器人的地图构建和路径规划，并把规划好的路径信息存储在ROS控制系统中，激光雷达实时对检测机器人进行导航定位，并把采集的位置信息实时传递给ROS控制系统，依据反馈的位置信息，ROS控制系统不断调整全向移动模块，使机器人沿预定轨迹行走。进一步，ROS控制系统通过限位开关测得的位置信息，实现对机器人停靠位置的精确控制。本专利技术的技术构思为：首先机器人通过RPLIDAR激光雷达对工作环境进行360°全方位位置扫描和地图构建，实现对机器人的路径规划，并把规划好的路径信息存储在ROS控制系统中，激光雷达实时对机器人进行导航定位，并把采集的位置信息实时传递给ROS控制系统，根据反馈的位置信息，ROS控制系统不断调整全向移动模块中各全向轮的转向和转速，使机器人沿预定轨迹行走。其次，启动RPLIDAR激光雷达，对工作环境进行360°全方位位置扫描和地图构建，并通过计算机存储的轨迹规划路径，通过位置传感器对机器人的停靠位置进行精确控制。再其次，激光雷达通过激光反射后对位置信息进行采集并进行地图构建，通过数据采集模块，将其传送至数据分析模块，数据分析模块将其保存至非易失存储器中，作为原始数据。本专利技术的有益效果体现在：1、在控制全向轮运动的同时，基于RPLIDAR激光雷达技术，实现对工作环境360°全方位激光扫描，能够实现机器人障碍物检测、地图构建、自主定位导航和路径规划，提高机器人的运动精度。2、一方面很好地提高了机器人的运动精度，机器人在沿预定轨迹运动的同时实现灵活避障；另一方面实现了最大限度不改变换流阀厅的内部环境。为全方位移动机器人的广泛应用奠定重要基础。附图说明图1是本专利技术整体结构示意图。图2是本专利技术激光雷达导航系统工作示意图。图3是本专利技术整体系统运行流程图。本专利技术具体实施方式参照图1至图3，基于激光导航的全方位运动机构控制系统，包括基于ROS四轴控制系统3的全向移动模块以及基于RPLIDAR激光雷达4的导航模块；其中，所述的ROS四轴控制系统3通过RPLIDAR激光雷达4实时反馈位置信息，通过驱动器2控制检测机器人10的转速和转向，实现检测机器人10的横移、斜行和绕自身轴线的原地旋转运动，保证检测机器人沿预定路径行走；所述的RPLIDAR激光雷达4可进行设定的半径范围的360°全方位扫描测距任务并且通过配套的USB连接线与PC机8相连，所述的PC机8通过RPLIDAR激光雷达4实现对检测机器人10的地图构建和路径规划，并把规划好的路径信息存储在全向移动模块9中；所述的RPLIDAR激光雷达4实时对检测机器人进行导航定位，并把采集的位置信息实时传递给全向移动模块9，根据反馈的位置信息，ROS四轴控制系统3不断调整全向移动模块使检测机器人10沿预定轨迹行走。所述的检测机器人10包括机器人主体，还包括设置于机器人主体上的全向轮1、驱动器2、ROS四轴控制系统3、RPLI本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于激光导航的全方位运动机构控制系统,其特征在于:包括基于ROS四轴控制系统的全向移动模块以及基于RPLIDAR激光雷达的导航模块；其中，所述的ROS四轴控制系统通过RPLIDAR激光雷达实时反馈位置信息，通过驱动器控制检测机器人的转速和转向，实现检测机器人的横移、斜行和绕自身轴线的原地旋转运动，保证检测机器人沿预定路径行走；所述的RPLIDAR激光雷达可进行设定的半径范围的360°全方位扫描测距任务并且通过配套的USB连接线与PC机相连，所述的PC机通过RPLIDAR激光雷达实现对检测机器人的地图构建和路径规划，并把规划好的路径信息存储在全向移动模块中；所述的RPLIDAR激光雷达实时对检测机器人进行导航定位，并把采集的位置信息实时传递给全向移动模块，根据反馈的位置信息，ROS四轴控制系统不断调整全向移动模块使检测机器人沿预定轨迹行走。

【技术特征摘要】
1.基于激光导航的全方位运动机构控制系统,其特征在于:包括基于ROS四轴控制系统的全向移动模块以及基于RPLIDAR激光雷达的导航模块；其中，所述的ROS四轴控制系统通过RPLIDAR激光雷达实时反馈位置信息，通过驱动器控制检测机器人的转速和转向，实现检测机器人的横移、斜行和绕自身轴线的原地旋转运动，保证检测机器人沿预定路径行走；所述的RPLIDAR激光雷达可进行设定的半径范围的360°全方位扫描测距任务并且通过配套的USB连接线与PC机相连，所述的PC机通过RPLIDAR激光雷达实现对检测机器人的地图构建和路径规划，并把规划好的路径信息存储在全向移动模块中；所述的RPLIDAR激光雷达实时对检测机器人进行导航定位，并把采集的位置信息实时传递给全向移动模块，根据反馈的位置信息，ROS四轴控制系统不断调整全向移动模块使检测机器人沿预定轨迹行走。2.如权利要求1所述的基于激光导航的全方位运动机构控制系统,其特征在于:所述的检测机器人包括机器人主体，还包括设置于机器人主体上的全向轮、驱动器、ROS四轴控制系统、RPLIDAR激光雷达以及用于安装限位开关的...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾晰，潘烨，计时鸣，苏林杰，张书豹，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33