The invention discloses a laser positioning navigation system and its method for a medical handling robot. The positioning navigation system includes an electrically connected mapping module, a navigation module and a human-computer interaction module. The positioning navigation method is: scanning the real-time environmental information data of the medical handling robot through the mapping module, and constructing the environmental grid map within the working range of the medical handling robot; Then, by setting the initial three-dimensional position and posture information of the medical handling robot, the real-time environmental information scanned by the mapping module can be matched with the environmental raster map. Finally, the loading and unloading of the medical handling robot can be completed through the navigation module. The invention is not affected by such factors as site leveling, environmental illumination, satellite signal, etc. It can obtain three-dimensional spatial position and pose information of mobile platform in unstructured environment, construct grid map of unknown environment, carry out precise positioning and navigation, and complete the loading and unloading work of medical handling robot.
【技术实现步骤摘要】
一种医药搬运机器人的激光定位导航系统及其方法
本专利技术涉及激光定位和导航
，尤其涉及一种医药搬运机器人的激光定位导航系统及其方法。
技术介绍
目前，仍大量存在依赖人工进行医药制药的现象，GMP标准要求在医药制药方面必须实现无菌化、无人化和自动化，而依赖人工制药导致其生产效率低、安全性差以及产品质量差等问题，特别是在生产过程中，不可或缺地需要进行物料的搬运操作，为了减少人为带来的污染，节约生产成本，现有技术中，采用具有无人、无菌、高自由度特性的机器人取代人工进行物料搬运，同时这也就要求了必须对机器人上下料过程中的进行精确定位与导航。定位与导航系统在机器人等移动平台中扮演着重要的角色，其中涉及环境感知、路径规划、控制等多项技术，是保证机器人实现其系统功能的重要基础，常见的定位导航方式采用磁条导航、电磁导航、二维码导航等，其中磁条导航容易破损，需定期维护，且无法智能避让；电磁导航铺设导引线困难，扩充路径需重新铺设，结构复杂成本昂贵；二维码导航需定期维护，而且对场地平整度有一定要求，对陀螺仪精度要求高；视觉导航计算量大，消耗资源多，受光照条件影响较大。因此，在非结...
【技术保护点】
1.一种医药搬运机器人的激光定位导航系统，其特征在于，包括：建图模块(1)，所述建图模块(1)包括激光传感器(11)和中央处理器(12)，所述激光传感器(11)用于采集所述医药搬运机器人的实时环境信息数据，所述中央处理器(12)用于对所述激光传感器(11)采集的信息数据进行融合处理以获取所述医药搬运机器人的三维空间位姿信息，并构建所述医药搬运机器人工作范围内的环境栅格地图，所述激光传感器(11)与所述中央处理器(12)电连接；导航模块(2)，与所述中央处理器(12)电连接，用于确定所述医药搬运机器人的三维空间位姿信息，并将所述激光传感器(11)扫描的所述医药搬运机器人实时环...
【技术特征摘要】
1.一种医药搬运机器人的激光定位导航系统，其特征在于，包括：建图模块(1)，所述建图模块(1)包括激光传感器(11)和中央处理器(12)，所述激光传感器(11)用于采集所述医药搬运机器人的实时环境信息数据，所述中央处理器(12)用于对所述激光传感器(11)采集的信息数据进行融合处理以获取所述医药搬运机器人的三维空间位姿信息，并构建所述医药搬运机器人工作范围内的环境栅格地图，所述激光传感器(11)与所述中央处理器(12)电连接；导航模块(2)，与所述中央处理器(12)电连接，用于确定所述医药搬运机器人的三维空间位姿信息，并将所述激光传感器(11)扫描的所述医药搬运机器人实时环境信息与所述中央处理器(12)构建的环境栅格地图进行匹配定位，寻找所述医药搬运机器人工作的最佳路径；人机交互模块(3)，与所述中央处理器(12)和所述导航模块(2)均电连接，用于可视化显示所述中央处理器(12)构建的环境栅格地图和所述医药搬运机器人所采集的信息数据，以及所述医药搬运机器人工作的最佳路径。2.一种医药搬运机器人的激光定位导航方法，其特征在于，采用权利要求1所述的医药搬运机器人的激光定位导航系统，所述医药搬运机器人的激光定位导航方法包括以下步骤：S1：所述激光传感器采集所述医药搬运机器人实时环境信息数据，并通过所述中央处理器融合处理以获取所述医药搬运机器人的三维空间位姿信息数据；S2：通过所述激光传感器获取所述医药搬运机器人的扫描帧数据，所述中央处理器通过对比多帧扫描数据构建局部最优环境子地图，并保存所述S1中所述医药搬运机器人的三维空间位姿信息数据以及与该三维空间位姿信息对应的局部最优环境子地图扫描数据；S3：重复所述S1和所述S2，直至所述激光传感器完成对所述医药搬运机器人全部工作范围的扫描，实现全局环境栅格地图的构建；S4：在所述人机交互模块设置所述医药搬运机器人的初始三维空间位姿信息；S5：通过所述中央处理器将所述S1中所述激光传感器采集的所述医药搬运机器人的实时环境信息数据与所述S3中构建的全局环境栅格地图进行匹配定位；S6：所述中央处理器根据所述S5的匹配定位信息，寻找所述医药搬运机器人上下料的最佳路径。3.如权利要求2所述的医药搬运机器人的激光定位导航方法，其特征在于，所述S1具体步骤为：S101、通过卡尔曼滤波融合处理所述中央处理器中的惯性导航单元中加速度计和陀螺仪的相应数据，得到所述医药搬运机器人的三维空间姿态信息，其中所述惯性导航单元中加速度计和陀螺仪的模型表示为：式(1)中，θk为k时刻加速度计的角度，ωk为k时刻陀螺仪角速度，ωmk为k时刻陀螺仪的测量值，ωbk为k时刻陀螺仪的零偏值，Wk-1为k-1时刻过程激励噪声，dt为时间变量Δt；S102、所述激光传感器采集所述医药搬运机器人的实时环境信息数据，并对所采集的信息数据进行投影，得到真实的激光平面数据，根据激光模型[ρ，θ]极坐标变换出障碍物相对于激光平面的坐标Px，Py，Pz：式(2)中，θx，θy分别为绕x，y轴旋转的角度；S103、根据所述医药搬运机器人绕轴旋转的角度θ变换信息和初始的位置，由式(2)可得到所述医药搬运机器人的角度θ发生变化后的位置[XYZ]T：式(3)中，Rx，Ry，Rz为绕x，y，z轴旋转的角度θ所对应的旋转矩阵，根据已知的障碍物位置信息，由式(3)计算出所述障碍物与水平平面的投影，投影后的所述障碍物激光距离ρ'可表示为：ρ'2＝X2+Y2(4)。4.如权利要求3所述的医药搬运机器人的激光定位导航方法，其特征在于，所述S2具体步骤为：S201、通过所述激光传感器获取所述医药搬运机器人的扫描帧数据，所述中央处理器将获取的扫描帧数据变换为子地图坐标：式(5)中，p是激光传感器中激光光束端点的位置，ξx，ξy，ξθ为医药搬运机器人的三维空间...
【专利技术属性】
技术研发人员：王耀南，林澍，毛建旭，朱青，朱朔凌，钱珊珊，田吉委，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43
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