实时定位和地图构建的机器人制造技术

本发明专利技术涉及机器人技术领域，具体涉及一种实时定位和地图构建的机器人，包括STM32机器人控制模块和树莓派3B图像模块，所述STM32机器人控制模块和树莓派3B图像模块之间通过串口相连，所述树莓派3B图像模块通过摄像头以及陀螺仪进行图像数据采集，所述STM32机器人控制模块通过无线路由器与PC上位机相连，所述STM32机器人控制模块与电机控制模块相连；本发明专利技术基于摄像头的视觉SLAM能运用现行的地图重建技术和路线规划技术，搭建一个可自主进行地图重建和避障的SLAM小车平台；提出一种扫地机器人平台的搭建方案；最后运用图优化算法提高路线规划的准确性和实时性，具有很强的创造性。

Robots for Real-time Location and Mapping

【技术实现步骤摘要】
实时定位和地图构建的机器人
本专利技术涉及机器人
，具体涉及一种实时定位和地图构建的机器人。
技术介绍
近年来利用SLAM技术出现了许多新型机器人，如图1中的TurtleBot机器人和图2中的扫地机器人。当前市场上存在的扫地机器人产品按清扫类型分类主要分为随机碰撞式和路径规划式两种类型。其中，路径规划式扫地机器人在运行过程中会建立环境地图，可以通过地图导航更加智能的完成清扫作业。随着扫地机器人技术的进步，出现了随机碰撞式扫地机器人逐渐被路径规划式扫地机器人所取代的趋势。路径规划式扫地机器人的核心技术之一就是SLAM(SimultaneousLocalizationandMapping)技术，而现有的扫地机器人产品中能够实现SLAM功能的扫地机器人价格昂贵，而且主要是一些国外品牌。因此对低成本、具有SLAM功能的扫地机器人的研究具有十分重要的意义。为此，我们基于摄像头的视觉SLAM，运用现行的地图重建技术和路线规划技术，搭建一个可自主进行地图重建和避障的SLAM小车平台。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术公开了一种实时定位和地图构建的机器人，本专利技术基于摄像头的视觉SLAM能运用现行的地图重建技术和路线规划技术，搭建一个可自主进行地图重建和避障的SLAM小车平台；提出一种扫地机器人平台的搭建方案；最后运用图优化算法提高路线规划的准确性和实时性。本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种实时定位和地图构建的机器人，包括电源系统，所述电源系统用于机器人供电；其特征在于，包括STM32机器人控制模块和树莓派3B图像模块，所述STM32机器人控制模块和树莓派3B图像模块之间通过串口相连，所述树莓派3B图像模块通过摄像头以及陀螺仪进行图像数据采集，所述STM32机器人控制模块通过无线路由器与PC上位机相连，所述STM32机器人控制模块与电机控制模块相连。优选的，所述STM32机器人控制模块采集编码器里程计的数据，通过电机控制模块控制其上的运行。优选的，所述树莓派3B图像模块对采集的图像数据进行初步处理，通过无线WIFI传输到PC端进行三维图像的重建，对基于ROS系统的机器人的姿态进行调整。优选的，所述PC上位机端对图像进行三维重建处理，把结果返回机器人平台，进行路线规划。优选的，所述树莓派3B图像模块基于ARM的微型计算机主板，可以实现无线通讯；可使用相机串行接口连接摄像头；可以安装使用Ubuntumate、Raspbian等操作系统。优选的，所述STM32机器人控制模块通过编码器与无线路由器相连，建立与PC上位机的连接。优选的，所述机器人建的地图种类包括栅格、拓扑和特征地图。优选的，所述栅格地图使用很多小栅格等分环境，通过传感器获得的障碍物位置信息和可通行区域位置信息对每个小栅格进行赋值，用来表示环境中的障碍物对栅格的占用情况；所述特征地图是由一系列具有独特特征、可以识别的点或线段等几何特征组成，它的构建需要从传感器获得的原始信息中提取出更加抽象的几何特征；所述拓扑地图是这三类地图中最简要的环境地图模型，采用连通图表示环境，由节点和边组成，其中节点表示环境中区分度明显的特征或位置不同的区域，边表示节点之间的相邻性和连通性。本专利技术的有益效果为：本专利技术基于摄像头的视觉SLAM能运用现行的地图重建技术和路线规划技术，搭建一个可自主进行地图重建和避障的SLAM小车平台；提出一种扫地机器人平台的搭建方案；最后运用图优化算法提高路线规划的准确性和实时性，具有很强的创造性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术的系统框图；图2是本专利技术实施例的摄像头系统的组成图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1本实施例公开了一种实时定位和地图构建的机器人，包括电源系统，所述电源系统用于机器人供电；包括STM32机器人控制模块和树莓派3B图像模块，所述STM32机器人控制模块和树莓派3B图像模块之间通过串口相连，所述树莓派3B图像模块通过摄像头以及陀螺仪进行图像数据采集，所述STM32机器人控制模块通过无线路由器与PC上位机相连，所述STM32机器人控制模块与电机控制模块相连。优选的，所述STM32机器人控制模块采集编码器里程计的数据，通过电机控制模块控制其上的运行。树莓派3B图像模块对采集的图像数据进行初步处理，通过无线WIFI传输到PC端进行三维图像的重建，对基于ROS系统的机器人的姿态进行调整。PC上位机端对图像进行三维重建处理，把结果返回机器人平台，进行路线规划。树莓派3B图像模块基于ARM的微型计算机主板，可以实现无线通讯；可使用相机串行接口连接摄像头；可以安装使用Ubuntumate、Raspbian等操作系统。STM32机器人控制模块通过编码器与无线路由器相连，建立与PC上位机的连接。机器人建的地图种类包括栅格、拓扑和特征地图。栅格地图使用很多小栅格等分环境，通过传感器获得的障碍物位置信息和可通行区域位置信息对每个小栅格进行赋值，用来表示环境中的障碍物对栅格的占用情况；特征地图是由一系列具有独特特征、可以识别的点或线段等几何特征组成，它的构建需要从传感器获得的原始信息中提取出更加抽象的几何特征；拓扑地图是这三类地图中最简要的环境地图模型，采用连通图表示环境，由节点和边组成，其中节点表示环境中区分度明显的特征或位置不同的区域，边表示节点之间的相邻性和连通性。实施例2本实施例公开了一种基于摄像头的视觉SLAM，运用现行的地图重建技术和路线规划技术，主要内容包括扫地机器人平台的搭建；路程里程计和视觉数据的采集传输；多传感器的信息融合方法；基于差分控制器的小车控制；地图重建技术和路线规划。STM32模块负责编码器里程计的数据采集，同时通过电机控制其上的运行。树莓派3B进行图像的采集，而且初步的处理，通过无线WIFI传输到PC端进行三维图像的重建。同时陀螺仪的数据与图像数据进行任何，对基于ROS系统的机器人的姿态进行调整。PC上位机端对图像进行三维重建处理，把结果返回机器人平台，进行路线规划。系统框架图如图1所示。SLAM小车平台需要采集里程数据和运动控制，同时也要对采集的图像进初步进行处理，需要占用控制器大量的运算内存和时间，为了是小车平台的处理速度性能达到较高的实时性，故在这里采取STM32负责控制运动算法和树莓派3B负责图像的前期处理的方案。树莓派3B它是一款基于ARM的微型计算机主板，外形尺寸85x5617mm、重量45g、额定功率4W。它具有64位1.2GHz四核ARMCortex-A53微处理器、1GB内存，具备802.11nWiFi无线网卡，可以实现无线通讯；可以使用相机串行接口(CSI接口)连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实时定位和地图构建的机器人，包括电源系统，所述电源系统用于机器人供电；其特征在于，包括STM32机器人控制模块和树莓派3B图像模块，所述STM32机器人控制模块和树莓派3B图像模块之间通过串口相连，所述树莓派3B图像模块通过摄像头以及陀螺仪进行图像数据采集，所述STM32机器人控制模块通过无线路由器与PC上位机相连，所述STM32机器人控制模块与电机控制模块相连。

【技术特征摘要】
1.一种实时定位和地图构建的机器人，包括电源系统，所述电源系统用于机器人供电；其特征在于，包括STM32机器人控制模块和树莓派3B图像模块，所述STM32机器人控制模块和树莓派3B图像模块之间通过串口相连，所述树莓派3B图像模块通过摄像头以及陀螺仪进行图像数据采集，所述STM32机器人控制模块通过无线路由器与PC上位机相连，所述STM32机器人控制模块与电机控制模块相连。2.根据权利要求1所述的实时定位和地图构建的机器人，其特征在于，所述STM32机器人控制模块采集编码器里程计的数据，通过电机控制模块控制其上的运行。3.根据权利要求1所述的实时定位和地图构建的机器人，其特征在于，所述树莓派3B图像模块对采集的图像数据进行初步处理，通过无线WIFI传输到PC端进行三维图像的重建，对基于ROS系统的机器人的姿态进行调整。4.根据权利要求1所述的实时定位和地图构建的机器人，其特征在于，所述PC上位机端对图像进行三维重建处理，把结果返回机器人平台，进行路线规划。5.根据权利要求1所述的实时定位和地图构建的机器人，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：官杰，张学习，林楷，林润楠，柳奕濠，邹毅，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44