一种基于惯性测量和激光雷达室内导航的小车制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于惯性测量和激光雷达室内导航的小车，其特征在于，包括车身(1)及设置在车身(1)上的单片机(2)、激光雷达扫描仪(3)、惯性测量传感器(4)、可充电锂电池(5)和显示器(6)，单片机(2)分别与激光雷达扫描仪(3)和惯性测量传感器(4)连接，可充电锂电池(5)分别与显示器(6)和车身(1)的驱动电机连接，车身(1)底部设置三个主动驱动轮和一个辅助换向轮。与现有技术相比，本实用新型专利技术结合了惯性测量传感器和激光雷达扫描仪，抗干扰、输出连续定位定向信息，减少定位误差累积，可实现实时地图构建；显示器实时显示电量，便于进行故障判断，三个驱动轮和一个辅助换向轮，适合室内复杂环境。

【技术实现步骤摘要】
一种基于惯性测量和激光雷达室内导航的小车
本技术涉及一种自主式室内定位导航装置，尤其是涉及一种基于惯性测量和激光雷达室内导航的小车。
技术介绍
目前世界上应用最为广泛的组合导航为卫星导航系统(GPS)和惯性导航系统(INS)组合，该组合系统主要利用卫星导航系统的长期稳定性与适中精度，来弥补INS的误差随时间传播或增大的缺点，同时再利用INS的短期高精度来弥补GPS导航接收器在受干扰时误差增大或遮挡时丢失信号等缺点，提高抗干扰能力，从而实现高精度、高可靠性和高稳定性的导航。然而对于室内环境，GPS并不可用，这种导航系统当然也就行不通了。惯性导航系统(INS)是通过对惯性测量器件(IMU)测得的载体角速度、加速度进行运算和变换获得各种导航信息，其优点是完全自主，抗干扰能力强，隐蔽性、实时性好。但是惯性导航系统的不足之处是，导航定位误差随时间累积。此外，还有体积和重量大、成本高及高度通道不稳定等问题。激光雷达(LIDAR)是激光探测及测距的简称，它是一种激光器作为辅助源的雷达，是激光技术与雷达技术相结合的产物。由于其具有启动速度快、动态范围广、环境适应性好、成本低廉，得到越来越广泛的应用。将IMU与激光导航系统进行融合必能克服惯性导航系统本身技术上的缺陷，减少误差，提高导航精度。激光雷达作为环境感知系统，惯性系统作为自主性非常强的运动推算导航系统，二者相互辅助能够高效的实现导航机器人小车在GPS等导航系统不可用情况下的自主定位与导航。
技术实现思路
本技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种抗干扰、实时连续输出定位信息且无定位误差累积的基于惯性测量和激光雷达室内导航的小车。本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于惯性测量和激光雷达室内导航的小车，包括车身及设置在车身上的单片机、激光雷达扫描仪、惯性测量传感器、可充电锂电池和显示器，所述的单片机分别与激光雷达扫描仪和惯性测量传感器连接，所述的可充电锂电池分别与显示器和车身的驱动电机连接，所述的车身底部设置三个主动驱动轮和一个辅助换向轮。所述的惯性测量传感器包括三个单轴加速度计、三个单轴陀螺仪和A/D转换板，所述的A/D转换板与单轴加速度计、单轴陀螺仪和单片机连接。所述的车身呈圆盘形。所述的三个主动驱动轮呈等边三角形排列，所述的辅助换向轮位于三角形中心。所述的主动驱动轮为齿轮状橡胶皮质轮体。所述的辅助换向轮为可360度旋转的光滑橡胶轮体。所述的主动驱动轮和辅助换向轮顶部均安有弹簧减震器。所述的单片机为安卓ARM9迅为4412linux2440嵌入式开发板配以android控制芯片三星Exynos4412。与现有技术相比，本技术具有以下优点：(1)结合了惯性测量传感器和激光雷达扫描仪，抗干扰、输出连续定位定向信息，减少定位误差累积，可实现实时地图构建；显示器实时显示电量，便于进行故障判断，三个驱动轮和一个辅助换向轮，适合室内复杂环境。(2)车身呈圆盘形，防碰撞能力强。(3)三个主动驱动轮呈等边三角形排列，辅助换向轮位于三角形中心，既保证驱动的稳定性，又保证了换向灵活性。(4)主动驱动轮为齿轮状橡胶皮质轮体，防止打滑。(5)辅助换向轮为可360度旋转的光滑橡胶轮体，便于换向。(6)主动驱动轮和辅助换向轮顶部均安有弹簧减震器，可应对室内复杂环境。(7)单片机为安卓ARM9迅为4412linux2440嵌入式开发板配以android控制芯片三星Exynos4412，不仅可通过电脑实时控制机器人小车的移动，还可通过安卓操系统的手机来控制小车，摆脱了电脑束缚，操作更加灵活多样。附图说明图1为本实施例小车的组成结构图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术进行详细说明。本实施例以本技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例如图1所示，一种基于惯性测量和激光雷达室内导航的小车，包括圆盘形车身1及设置在车身1上的单片机2、激光雷达扫描仪3、惯性测量传感器4、12V的可充电锂电池5和显示器6，单片机2分别与激光雷达扫描仪3和惯性测量传感器4连接，可充电锂电池5分别与显示器6和车身1的驱动电机连接，车身1底部设置三个主动驱动轮和一个辅助换向轮，三个主动驱动轮呈等边三角形排列，辅助换向轮位于三角形中心。主动驱动轮为齿轮状橡胶皮质轮体。辅助换向轮为可360度旋转的光滑橡胶轮体，方便小车的倒退和转向。主动驱动轮和辅助换向轮顶部均安有弹簧减震器。显示器6为7寸液晶显示屏幕，用来显示小车的基本状态以及电量情况。惯性测量传感器4使用的是MQ-ARCH，包括三个单轴加速度计、三个单轴陀螺仪和A/D转换板，A/D转换板与单轴加速度计、单轴陀螺仪和单片机2连接。加速度计和陀螺仪分别测得方位、姿态以及三维瞬时位置，再由A/D转换板将模拟信号转换为数字信号。激光雷达扫描仪3使用的是RPLIDAR的360度三维激光环绕5.5赫兹扫描仪，其工作原理是通过传感器发射激光束并经空气传播到地面或物体表面，再经表面反射，反射能量被传感器接收并记录为一个电信号。然后将发射时刻和接收时刻的时间精确记录，激光器至地面或者物体表面的距离(R)就可以通过公式R＝ct/2计算出来(c：光速，t：发射时刻和接受时刻的差)。通过上述原理可以检测到环境中的障碍物，并将障碍物信息传输到ARM开发板即单片机2，提取环境特征值。然后将IMU和激光雷达扫描仪得到的数据进行融合，并通过EKF来实现数据的优化处理，完成机器人小车的定位和地图构建。ARM开发板使用四核Cortex-A9A8安卓ARM9迅为4412linux2440嵌入式开发板配以android控制芯片三星Exynos4412，优点在于不仅可通过电脑实时控制机器人小车的移动，还可通过安卓操系统的手机来控制小车，摆脱了电脑束缚，操作更加灵活多样。本室内多传感器融合的小车，通过多传感器的融合和EKF优化，克服了惯性导航系统的导航定位误差随时间积累增大的缺陷，实现了抗干扰、实时连续输出定位信息。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于惯性测量和激光雷达室内导航的小车，其特征在于，包括车身(1)及设置在车身(1)上的单片机(2)、激光雷达扫描仪(3)、惯性测量传感器(4)、可充电锂电池(5)和显示器(6)，所述的单片机(2)分别与激光雷达扫描仪(3)和惯性测量传感器(4)连接，所述的可充电锂电池(5)分别与显示器(6)和车身(1)的驱动电机连接，所述的车身(1)底部设置三个主动驱动轮和一个辅助换向轮。

【技术特征摘要】
1.一种基于惯性测量和激光雷达室内导航的小车，其特征在于，包括车身(1)及设置在车身(1)上的单片机(2)、激光雷达扫描仪(3)、惯性测量传感器(4)、可充电锂电池(5)和显示器(6)，所述的单片机(2)分别与激光雷达扫描仪(3)和惯性测量传感器(4)连接，所述的可充电锂电池(5)分别与显示器(6)和车身(1)的驱动电机连接，所述的车身(1)底部设置三个主动驱动轮和一个辅助换向轮。2.根据权利要求1所述的一种基于惯性测量和激光雷达室内导航的小车，其特征在于，所述的惯性测量传感器(4)包括三个单轴加速度计、三个单轴陀螺仪和A/D转换板，所述的A/D转换板与单轴加速度计、单轴陀螺仪和单片机(2)连接。3.根据权利要求1所述的一种基于惯性测量和激光雷达室内导航的小车，其特征在于，所述的车身(1)呈圆盘形。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：史瀚海，何法江，党淑雯，王康乐，程鹏展，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：新型
国别省市：上海,31