基于激光雷达地图构建与角度传感器自动回充系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于激光雷达地图构建与角度传感器自动回充系统，包括用于与充电桩充电连接的扫地机器人本体，设置在扫地机器人本体内部的MCU主控制器、角度传感器、清扫机构、行走机构以及用于显示扫地机器人当前的状态的显示屏；清扫机构、行走机构和显示屏设置均设置在扫地机器人本体上；还包括：激光雷达传感器，红外测距传感器，无线模块和蓝牙模块。本发明专利技术还提供一种基于激光雷达地图构建与角度传感器自动回充方法。本发明专利技术解决目前红外自动回充方式效率低和精度低的问题，可实现精确引导扫地机器人进行回归充电，从而提高扫地机器人回归充电的效率和精度。

Automatic Filling System and Method of Angle Sensor Based on Laser Radar Map Construction

The invention provides an automatic recharge system based on lidar map construction and angle sensor, including a sweeping robot body for charging and connecting with a charging pile, a MCU master controller, an angle sensor, a sweeping mechanism, a walking mechanism and a display screen for displaying the current status of the sweeping robot inside the sweeping robot body, a sweeping mechanism, a walking mechanism and a display screen for displaying the current status of the sweeping robot. The display screen is set on the body of the sweeping robot, and includes laser radar sensor, infrared ranging sensor, wireless module and Bluetooth module. The invention also provides a method for automatically recharging an angle sensor based on the construction of a lidar map. The invention solves the problem of low efficiency and low precision of the current infrared automatic recharge mode, and can accurately guide the sweeping robot to recharge, thereby improving the efficiency and accuracy of the sweeping robot to recharge.

【技术实现步骤摘要】
基于激光雷达地图构建与角度传感器自动回充系统及方法
本专利技术涉及机器人回充
，更具体地说，涉及一种基于激光雷达地图构建与角度传感器自动回充系统及方法。
技术介绍
随着现代经济技术的发展和人们生活水平的提高，扫地机器人在我们的生活中越来越常见，其能够实现对地面的自动清扫、在电力不足时能够实现回归充电，在引导信号的引导下扫地机器人自动回归到充电装置实现充电对接。由于扫地机器人在清扫工程时的能源全部依赖自身的电池，因此，扫地机器人必须在检测到电量较低时能够自动回充。目前市面上的大多扫地机器人的充电方式都是利用红外信号进行引导，扫地机器人根据接收的红外信号来确定与其配套的充电装置的位置方位，使得扫地机器人的充电端与充电装置的充电电极配合，从而进行导向回归充电。然而，这种使用红外对准方法的方法不仅效率低，而且存在准确度低的缺陷，只考虑到了回到充电桩这个“点”，而没有考虑到要接上充电桩接口，导致扫地机器人很难正确定位充电装置的所在位置，或回充时间长或难以找到充电装置，从而大大降低实用性和使用便利性。另外，采用红外对准方法还必须考虑到扫地机器人的充电接口方向与充电桩接口方向对准的问题，不然也会大大影响机器人吸尘器回归充电的效率、准确性和可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种基于激光雷达地图构建与角度传感器自动回充系统及方法，该回充系统及方法解决目前红外自动回充方式效率低和精度低的问题，可实现精确引导扫地机器人进行回归充电，从而提高扫地机器人回归充电的效率和精度。为了达到上述目的，本专利技术通过下述技术方案予以实现：一种基于激光雷达地图构建与角度传感器自动回充系统，用于与充电桩充电连接；其特征在于：包括用于与充电桩充电连接的扫地机器人本体，设置在扫地机器人本体内部的MCU主控制器，清扫机构，行走机构以及用于显示扫地机器人当前的状态的显示屏；所述清扫机构和行走机构均设置在扫地机器人本体的底部；所述显示屏设置在扫地机器人本体的顶部；还包括：用于检测周围的环境来构建地图与进行实时定位的激光雷达传感器；用于实现回充、避障和防跌功能的红外测距传感器；用于检测扫地机器人本体当前角度位置的角度传感器；用于通讯的无线模块；以及用于远程遥控的蓝牙模块；所述无线模块和蓝牙模块均设置在扫地机器人本体内，并与MCU主控制器无线连接；所述激光雷达传感器、红外测距传感器、角度传感器、行走机构、清扫机构和显示屏均与MCU主控制器信号连接。在上述方案中，本专利技术可通过角度传感器实时检测扫地机器人当前的角度信息，通过激光雷达传感器采集的障碍物信息并检测周围的环境来构建地图并进行实时定位，通过红外测距传感器达到回充、避障和防跌功能，从而解决目前红外自动回充方式效率低和精度低的问题，可实现精确引导扫地机器人进行回归充电，提高扫地机器人回归充电的效率和精度。所述激光雷达传感器设置在扫地机器人本体的顶部。所述红外测距传感器分别设置在扫地机器人本体的前方、左方和右方。所述角度传感器设置在扫地机器人本体内部中心。所述行走机构包括由带编码器和功率放大器的直流电机驱动的左轮和由带编码器和功率放大器的直流电机驱动的右轮。所述行走机构还设置有用于检测左轮和右轮速度的左轮编码器和右轮编码器，以及与直流电机连接的左轮直流电机驱动器和与直流电机连接的右轮直流电机驱动器；所述左轮编码器、右轮编码器、左轮直流电机驱动器和右轮直流电机驱动器均与MCU主控制器信号连接。所述清扫机构由带边刷的直流电机、吸尘电机以及直流电机驱动器连接组成；所述直流电机驱动器与直流电机连接。一种基于激光雷达地图构建与角度传感器自动回充方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步，设定扫地机器人本体在充电桩的点为初始位；建立空间直角坐标系，并以扫地机器人本体的长与宽作为空间直角坐标系X轴与Y轴的单位长度，此时扫地机器人本体在坐标系中的坐标为(0，0)；同时，记录此时角度传感器检测到的初始方向角θ；第二步，在扫地机器人本体进行清扫过程中，通过采集角度传感器与编码器的数据进行航位推算方法得知扫地机器人本体的当前位置作为本体的位姿信息，并通过激光雷达传感器YDLIDARX4对周围的环境进行实时检测得到检测信息，将检测信息通过SLAM算法与扫地机器人本体的位姿信息进行融合滤波，实现地图的构建与扫地机器人精确的定位；第三步，在扫地机器人本体进行清扫过程中，通过实时检测电池电压来判断电池电量是否充足：当检测到电量充足时，控制扫地机器人本体根据构建的地图按正常路径清扫；当检测到电量不足时，进行第四步；第四步，扫地机器人本体根据构建的地图与定位以规划回充的最短路径，并控制扫地机器人以最短路径行驶到坐标为(0,2)的点；然后，输出相应的PWM值控制左轮直流电机和右轮直流电机方向相反，使得扫地机器人本体旋转，实现调整扫地机器人本体的角度为初始方向角θ；通过红外的方式对此角度与坐标位置进行校准与更新；第五步，控制扫地机器人本体直线后退两个单位长度至充电桩(0，0)位置充电；第六步，通过角度传感器实时获取扫地机器人本体角度信息，且通过红外测距传感器对扫地机器人本体位置进行校准，检测扫地机器人本体位姿是否正确：若扫地机器人位姿发生偏差，则通过PID控制扫地机器人本体的左轮直流电机和右轮直流电机的转向来调整扫地机器人位姿，再返回第六步；若扫地机器人位姿正确，则回充完成。在上述方案中，本专利技术的扫地机器人本体采用激光雷达传感器采集的障碍物信息并检测周围的环境构建室内电子地图，角度传感器实时检测扫地机器人本体当前的角度信息，再配合航位推算方法推算出扫地机器人当前的位置信息，最后通过传统的红外定位方式进行检验校正，达到高精度，高效率的自动回充。通过PID控制扫地机器人本体的左轮直流电机和右轮直流电机的转向来调整扫地机器人位姿，可实现扫地机器人驶入正确的航道并保持正确位姿进入充电桩充电，完成回充。本专利技术SLAM算法是对激光雷达传感器接收到的数据进行处理，构建地图并定位自身在地图中的位置。具体为：扫地机器人本体在未知环境中从一个未知位置开始移动,在移动过程中根据位置估计和地图进行自身定位，同时在自身定位的基础上建造增量式地图，实现扫地机器人本体的自主定位和导航。本专利技术采用SLAM算法与航位推算方法结合能够更准确的得出自身所处地图中的位置。第二步中，所述通过采集角度传感器与编码器的数据进行航位推算方法得知扫地机器人本体的当前位置作为本体的位姿信息是指：利用编码器获得行走机构的左轮和右轮的速度，并通过积分得到位移信息s；利用角度传感器获得转过角度的数据信息Δθ，则计算出机器人本体的当前位置为：其中，坐标(x0,y0)是扫地机器人本体上一刻的位置，θ0是扫地机器人本体上一刻的方向角。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点与有益效果：本专利技术基于激光雷达地图构建与角度传感器自动回充系统及方法解决目前红外自动回充方式效率低和精度低的问题，可实现精确引导扫地机器人进行回归充电，从而提高扫地机器人回归充电的效率和精度。附图说明图1是本专利技术基于激光雷达传感器地图构建与角度传感器自动回充系统的框图；图2是本专利技术基于激光雷达传感器地图构建与角度传感器自动回充系统的示意图；图3是本专利技术基于激光雷达传感器地图构建与角度传感器自动回充方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于激光雷达地图构建与角度传感器自动回充系统，用于与充电桩充电连接；其特征在于：包括用于与充电桩充电连接的扫地机器人本体，设置在扫地机器人本体内部的MCU主控制器、清扫机构、行走机构以及用于显示扫地机器人当前的状态的显示屏；所述清扫机构和行走机构均设置在扫地机器人本体的底部；所述显示屏设置在扫地机器人本体的顶部；还包括：用于检测周围的环境来构建地图并进行实时定位的激光雷达传感器；用于实现回充、避障和防跌功能的红外测距传感器；用于检测扫地机器人本体当前角度位置的角度传感器；用于通讯的无线模块；以及用于远程遥控的蓝牙模块；所述无线模块和蓝牙模块均设置在扫地机器人本体内，并与MCU主控制器信号连接；所述激光雷达传感器、红外测距传感器、角度传感器、行走机构、清扫机构和显示屏均与MCU主控制器信号连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于激光雷达地图构建与角度传感器自动回充系统，用于与充电桩充电连接；其特征在于：包括用于与充电桩充电连接的扫地机器人本体，设置在扫地机器人本体内部的MCU主控制器、清扫机构、行走机构以及用于显示扫地机器人当前的状态的显示屏；所述清扫机构和行走机构均设置在扫地机器人本体的底部；所述显示屏设置在扫地机器人本体的顶部；还包括：用于检测周围的环境来构建地图并进行实时定位的激光雷达传感器；用于实现回充、避障和防跌功能的红外测距传感器；用于检测扫地机器人本体当前角度位置的角度传感器；用于通讯的无线模块；以及用于远程遥控的蓝牙模块；所述无线模块和蓝牙模块均设置在扫地机器人本体内，并与MCU主控制器信号连接；所述激光雷达传感器、红外测距传感器、角度传感器、行走机构、清扫机构和显示屏均与MCU主控制器信号连接。2.根据权利要求1所述的基于激光雷达地图构建与角度传感器自动回充系统，其特征在于：所述激光雷达传感器设置在扫地机器人本体的顶部。3.根据权利要求1所述的基于激光雷达地图构建与角度传感器自动回充系统，其特征在于：所述红外测距传感器分别设置在扫地机器人本体的前方、左方和右方。4.根据权利要求1所述的基于激光雷达地图构建与角度传感器自动回充系统，其特征在于：所述角度传感器设置在扫地机器人本体内部中心。5.根据权利要求1所述的基于激光雷达地图构建与角度传感器自动回充系统，其特征在于：所述行走机构包括由带编码器和功率放大器的直流电机驱动的左轮和由带编码器和功率放大器的直流电机驱动的右轮。6.根据权利要求5所述的基于激光雷达地图构建与角度传感器自动回充系统，其特征在于：所述行走机构还设置有用于检测左轮和右轮速度的左轮编码器和右轮编码器，以及与直流电机连接的左轮直流电机驱动器和与直流电机连接的右轮直流电机驱动器；所述左轮编码器、右轮编码器、左轮直流电机驱动器和右轮直流电机驱动器均与MCU主控制器信号连接。7.根据权利要求1所述的基于激光雷达地图构建与角度传感器自动回充系统，其特征在于：所述清扫机构由带边刷的直流电机、吸尘电机以及直流电机驱动器连接组成；所述直流电机驱动器与直流电机连接。8.一种基于激光雷达地图构建与角度传感器自动回充方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖奇军，郑健聪，陈斯鹏，谢经顺，柯天进，林彦佑，
申请(专利权)人：肇庆学院，
类型：发明
国别省市：广东,44