一种基于视觉SLAM方法的自主导航小车技术

本发明专利技术公开了一种基于视觉SLAM方法的自主导航小车，包括：小车主体及小车外设；小车主体包括小车下底板和小车上底板；小车外设包括深度摄像头托板、激光雷达托板、驱动控制器托板，同时通过铜柱与小车主体固定连接；本发明专利技术采用外设垂直布局的方式，增加小车主体表面的空余面积，用于载重测试，同时，万向轮通过固定升降连接器以适应不同半径的防滑轮，以保持小车整体稳定性，为验证改进SLAM算法的准确性提供了硬件实验平台。

【技术实现步骤摘要】
一种基于视觉SLAM方法的自主导航小车
本专利技术涉及一种基于视觉SLAM方法的自主导航小车，属于移动小车装置。
技术介绍
随着社会的快速发展，建筑物的规模与面积日益增大，由于GPS在室内环境下接收不到准备的卫星定位信号，人们在室内很难找到目的地，对实际环境情况无法做出实时交互。对于搭载感知环境信息传感器的移动载体，其在未知环境中探索移动，能够实时地定位自身位置，并且可以完成对环境的描述，生成地图表示，这个过程叫做同时定位与地图构建(SimultaneousLocalizationandMapping,SLAM)。SLAM技术是自主运动载体的基础核心技术，对机器人的运动规划和自主任务完成都具有重要的意义。针对SLAM所需要的实验装置，可以搭建简易的实验平台。由于小车位姿是根据采集的匹配相邻彩色图像和深度图像特征点获得的，所以需要深度摄像头，小车避障需要激光雷达，同时SLAM的运行需要在电脑上完成，所以需要一台笔记本电脑。由于小车表面积一定，电脑、深度摄像头、激光雷达的放置需要合理布局。
技术实现思路
专利技术目的：为了将SLAM技术应用于实践，需要借助于实验载体验证SLAM技术中的算法的准确性。本专利技术提出一种基于视觉SLAM方法的自主导航小车。该专利技术装置采用器件垂直布局方式，增加了小车上下底板表面的空余面积。前后两端采用可升降器连接的万向轮，以适应不同半径的防滑轮的需求。为验证SLAM技术中的算法准确性提供了硬件实验平台。本专利技术采用以下技术方案一、一种基于视觉SLAM方法的自主导航小车。所述基于视觉SLAM方法的自主导航小车，包括小车主体和小车外设。所述小车主体包括小车上底板和小车下底板，小车上底板和小车下底板之间通过铜柱固定连接，铜柱的高度可以根据实际需求进行调整。所述小车外设包括激光雷达托板、深度摄像头托板和电机驱动托板，小车外设均通过可调节高度的铜柱与小车主体固定连接。所述小车下底板两侧的位置分别固定一个霍尔减速电机，霍尔减速电机通过碳钢安装支架与钻有螺孔的小车下底板表面固定连接，每个电机的输出轴均连接一个防滑车轮，所以小车整体采用双轮差分驱动式结构；在霍尔减速电机后部上方的小车下底板开有正方形口，用于将霍尔电机电源线和驱动线与电源和电机驱动控制板连接。小车下底板前后两端的位置分别固定可升降连接器，可升降连接器的另一端固定万向轮，实现不同方向的移动，万向轮的高度可根据可升降连接器确定，以适应于不同半径的防滑车轮，保持小车的稳定性。所述电机驱动托板放置于小车下底板上表面，在电机驱动托板四个角钻有螺纹孔，与之对应的小车下底板也钻有等距的螺纹孔，将螺纹孔相互对齐之后通过铜柱用螺栓固定，在电机驱动托板与小车下底板上表面之间的的空余部分，放置小车的供电电源，并用扎带固定在四支铜柱上，通过垂直布局，增加小车下底板表面的空余面积。所述深度摄像头托板放置于小车上底板表面，通过事先在四个角附近钻好的螺纹孔与小车下底板用螺栓固定，同时，在深度摄像头托板上部放置激光雷达托板，激光雷达托板与深度摄像头托板分别在中间部位钻有3个等距的螺纹孔，两者的螺纹孔相互对齐之后通过铜柱用螺栓固定，并且铜柱的高度根据实际需要可以调整，激光雷达托板和深度摄像头托板通过垂直布局，增加了小车上底板表面的空余面积，用于放置笔记本电脑。所述深度摄像头放置于深度摄像头托板的前端，深度摄像头的下部装有带螺孔的支架，在深度摄像头托板上也开有等大的螺纹孔，两者对齐之后通过六角螺栓固定，深度摄像头用于采集彩色图像和深度图像，通过USB3.0数据线传送至电脑控制器，多余的数据线用扎带捆绑固定，并用双面胶固定在摄像头托板的下表面。所述激光雷达放置于激光雷达托板的中部，激光雷达下部带有3个螺纹孔的支架，在激光雷达托板上也开有等大等距的螺纹孔，对齐之后用螺栓固定，在激光雷达托板与深度摄像头托板上开有等大的方形孔，激光雷达采集激光数据，通过USB3.0数据线穿过方形孔传送至电脑控制器，用于小车测距及避障。所述小车主体与小车外设的材质均为亚克力板，所述小车的主体的形状为圆形，小车外设的形状均为长方形。二、应用上述小车实现基于视觉SLAM自主导航的方法。小车在运动过程中，通过搭载在小车上的深度摄像头和激光雷达获取外界环境的图像信息和距离信息，一方面将图像信息传给前端视觉里程计，计算图像之间的运动变换关系，然后对运动变换关系在后端进行非线性优化处理，从而得到用于导航的地图信息，另一方面对图像中的彩色图和深度图像结合距离信息进行回环检测，用于减少累积漂移误差。所述的计算图像之间的运动变换关系的方法为将采集的相邻的两张图像进行特征匹配，获得小车的运动位姿；所述的后端优化为将采集到的连续关键帧进行重投影，利用优化最小二乘的方法得到精确的位姿信息；所述的回环检测为当小车移动到先前时刻到过的地点，利用词袋模型优化整体地图。随着小车的移动及时刻的回环检测，可以获得周围环境的地图信息和小车的运动轨迹。本专利技术的有益效果：本专利技术采用外设垂直布局的方式，增加小车主体的表面空余面积，万向轮采用与可升降连接器连接的方式，以适应不同半径的防滑车轮，用于载重测试，实现了在自主移动过程中对载重实验测试精度要求的目的，以及对SLAM算法改进验证的目的。附图说明图1为自主导航小车的正视图。图2为自主导航小车的左视图。图3为自主导航小车的俯视图。图4为本专利技术的控制原理框图。图中包括：激光雷达1，激光雷达托板2，深度摄像头3，深度摄像头托板4，电脑控制器5，小车上底板6，电机驱动控制器托板7，航模电池8，小车下底板9，碳钢安装支架10，防滑轮11，万向轮12，可升降连接器13，霍尔减速电机14。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更详细的说明。如图1-3所示为一种基于视觉SLAM技术的自主导航小车，包括小车主体和小车外设；小车主体包括小车下底板9和小车上底板6，小车上下底板通过螺纹孔半径为2mm的铜柱连接；小车外设包括电机驱动控制器托板7、深度摄像头托板4、激光雷达托板2、可升降连接器13，小车外设与小车主体均通过孔径2mm的铜柱和M6型号的六角螺丝进行固定连接。所述小车下底板9、小车上底板6、电机驱动控制器托板7、深度摄像头托板4、激光雷达托板2的材质均选用亚克力板，厚度为15mm，其中小车上底板6和小车下底板9选用半径为200mm的圆形结构。所述小车下底板9与小车上底板6通过铜柱固定连接，铜柱的高度根据实际可以进行调节,选用孔径为2mm的铜柱和M6型号的六角螺丝进行固定连接。如图2，所述小车下底板9和电机驱动控制器托板7通过M6型号的六角螺丝固定连接，所述电机驱动控制器托板7的长度为100mm,宽度为100mm,在所述小车下底板9与电机驱动控制器托板7之间通过扎带固定航模电池8，通过垂直布局增加了小车下底板表面9的空余面积，航模电池8选用方形的航模电池，电池型号为达普5200mAh-25C。所述电机驱动控制器托板7上固定有电机驱动控制器，用于解析电脑控制器5输出的差分信号，将差分信号转化为PWM波驱动霍尔减速电机14转动，其中，所述电机驱动控制器选用以STM32f407为主控芯片的kibot-v2。所述小车下底板9左右两侧和霍尔减速电机14通过碳钢安装支架10固定在所述小车下底板9表面，每个霍尔减速电机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于视觉SLAM方法的自主导航小车，其特征在于：包括小车主体和小车外设；小车主体包括小车下底板9和小车上底板6，小车上下底板通过铜柱固定连接；小车外设包括电机驱动控制器托板7、深度摄像头托板4、激光雷达托板2、可升降连接器13，小车外设与小车主体均通过可调节高度的铜柱进行固定连接，所述小车下底板9左右两侧的位置分别固定一个霍尔减速电机14，霍尔减速电机14通过碳钢安装支架10与钻有螺孔的小车下底板9的下表面固定连接，每个电机的输出轴均连接一个防滑车轮11；在霍尔减速电机14后部上方的小车下底板9处开有正方形口，用于将霍尔减速电机14电源线和驱动线与电源8和电机驱动控制板7连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于视觉SLAM方法的自主导航小车，其特征在于：包括小车主体和小车外设；小车主体包括小车下底板9和小车上底板6，小车上下底板通过铜柱固定连接；小车外设包括电机驱动控制器托板7、深度摄像头托板4、激光雷达托板2、可升降连接器13，小车外设与小车主体均通过可调节高度的铜柱进行固定连接，所述小车下底板9左右两侧的位置分别固定一个霍尔减速电机14，霍尔减速电机14通过碳钢安装支架10与钻有螺孔的小车下底板9的下表面固定连接，每个电机的输出轴均连接一个防滑车轮11；在霍尔减速电机14后部上方的小车下底板9处开有正方形口，用于将霍尔减速电机14电源线和驱动线与电源8和电机驱动控制板7连接。2.根据权利要求1所述的一种基于视觉SLAM方法的自主导航小车，其特征在于，所述小车下底板9与电机驱动控制板7之间的空余部分安装放置供电航模电池8。3.根据权利要求1所述的一种基于视觉SLAM方法的自主导航小车，其特征在于，所述小车下底板6前后两端的下表面固定有可升降连接器13，小车下底板6上表面中间固定有电机驱动控制器托板7。4.根据权利要求3所述的一种基于视觉SLAM方法的自主导航小车，其特征在于，所述可升降连接器13的另一端固定万向轮12，万向轮12离地面的高度可根据可升降连接器13根据实际需求确定。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑恩辉，刘政，徐玲，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33