一种移动机器人室内自动定位及智能避障系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种移动机器人室内自动定位及智能避障系统，包括实时位置计算部件、辅助修正定位部件和智能避障部件，辅助修正定位部件包括激光雷达定位结构、视觉定位结构以及磁条定位结构，激光雷达定位结构包括激光器，视觉定位结构包括用于扫描环境中张贴的图片的摄像头，磁条定位结构包括用于识别运行环境中的磁条的射频阅读器，三者均用于计算出机器人当前所在位置以及修正当前机器人在地图上的位置坐标；智能避障部件包括激光器、深度摄像头、超声波传感器、红外传感器和碰撞传感器。本发明专利技术所述系统和方法投入成本低，实施简单，且在简单的环境布置后即可使用；本发明专利技术的定位不会产生累计误差，精度非常高，且可以实现多样化的立体智能避障。

【技术实现步骤摘要】
一种移动机器人室内自动定位及智能避障系统及方法
本专利技术属于机器人导航定位领域，具体涉及一种移动机器人室内自动定位及智能避障系统及方法。
技术介绍
机器人定位导航技术已经发展许久，但主要是基于室外GPS定位方式实现的，机器人一旦进入室内环境，尤其是信号不好的环境，导航定位就变得极其困难。现阶段常用的机器人室内定位方案如下：第一种是无线信号定位，包括蓝牙和UWB等方式。具体来说，这是一种短距离低功耗的无线传输技术，包括在室内安装多个无线信号接入点，机器人设备通过向多个接入点发送信号的时间差而计算出当前位置。该方案成本较高，且仅在小范围内定位准确性高，若机器人运动范围稍大一些，则需要布署大量的接入点；此外，当地形复杂有噪声信号时，其定位效果将变得很差。第二种是红外线定位。具体来说，包括在室内安装多个红外接收器，设置机器人在移动过程中不断发射红外线信号来实现定位。该方法精度高，并且抗干扰能力强，但是由于光线无法穿过障碍物，因而该方式在非空旷环境无法使用。专利申请CN201710061721.7提供一种非可见激光定标室内定位导航方法及系统，通过至少一个激光定标器向屋顶或墙壁发射参考图形，激光定标器发射非可见激光；地面上待定位装置上的摄像头将参考图形生成成像图形；根据定位点成像的位置及距离反推摄像头中心相对于参考图形中定位点p1、p2的仰角及旋转角，计算出每个定位点相对于摄像头中心的俯角和旋转角；根据每个定位点相对于摄像头中心的俯角和旋转角，计算出摄像头中心的三维坐标，进而对待定位装置进行定位或导航。该专利技术精度高，成本低，抗干扰能力强且便于维护。但该专利技术至少具备如下缺陷：1、该导航系统的定位精度高，但是覆盖范围小。因一个激光定标器的覆盖范围一般为一个直径4米的圆形区域，因而对于面积稍大的场地，便需要安装大量的激光定标器，因此该导航系统成本高。2、该专利技术中的激光定标器需要供电与安装，当激光定标器数量较多时，其安装与维护将变得非常困难，并且影响环境美观。3、该导航系统中的定位方式单一，易受环境影响而导致定位功能失效。具体地，该方案中依赖摄像头识别图标定位，而当有灯光直射摄像头时，会使该定位功能失效。专利申请CN201910557172.1公开了一种机器人的室内定位导航的方法，包括机器人本体、左侧驱动轮、右侧驱动轮、固定式单点激光测距模块、激光测距线、障碍物、机器人圆心、单目摄像头、陀螺仪模块和MCU控制模块，所述机器人本体的底部且位于机器人圆心的两端安装有相互对称分布的左侧驱动轮和右侧驱动轮。采用一个固定的固定式单点激光测距模块，可安装在机器人水平方向的前后左右任何部位，通过机器人的旋转，达到360°扫描障碍物，建立地图的目的，效果等同于360°的旋转激光测雷达，并结合单目摄像头，实现室内建图，定位功能。该方案但更易于安装，因为没有旋转机构，不需要电机控制固定式单点激光测距模块旋转，因此固定式单点激光测距模块的使用寿命更长，成本更低。但该专利技术至少具备如下缺陷：1、其属于常规的建图导航方案（SLAM），因而其定位精度高度依赖于传感器的精度。2、该方案中，主要的定位校准依靠激光雷达，而激光雷达受场地地形影响比较大，当环境比较空旷时，特别容易产生定位误差。3、当其室内定位导航系统有累计误差产生且误差累计到一定程度时，因激光雷达无法再修正位置，因而机器人的定位信息将出错并且无法修正。因此，上述专利技术中公开的这些室内定位导航技术都并不适应于在商场和医院等较为复杂的运行环境中运行的移动售货机器人。此外，机器人在室内的运行除了导航定位之外，还需要考虑智能避障。现有技术中也鲜有对室内运行的自动售货机器人的智能避障方案。因此，本领域仍然需要一种新的移动机器人室内自动定位及智能避障系统及方法。
技术实现思路
本专利技术使用了多种定位方案，多种角度的定位机制，该系统适合于各种各样的、复杂的室内定位及智能避障场景。因此，本专利技术提供一种移动机器人室内自动定位及智能避障系统，所述室内自动定位及智能避障系统包括实时位置计算部件、辅助修正定位部件和智能避障部件，所述实时位置计算部件包括惯性测量单元即IMU，所述辅助修正定位部件包括激光雷达定位结构、视觉定位结构以及磁条定位结构，所述激光雷达定位结构包括设置在机器人上的激光器，所述激光器用于扫描机器人的周边障碍物生成特征码与地图上的数据比对而修正当前机器人在地图上的位置坐标，所述视觉定位结构包括设置在机器人上的摄像头，所述摄像头用于扫描识别机器人运行环境中张贴的图片，而计算出机器人当前所在位置，以便用于修正当前机器人在地图上的位置坐标；所述磁条定位结构包括设置在机器人上的射频阅读器，所述射频阅读器通过射频识别技术即RFID识别张贴设置在机器人运行环境中的磁条而计算出机器人当前所在位置，以便用于修正当前机器人在地图上的位置坐标；所述智能避障部件包括激光器、深度摄像头、超声波传感器、红外传感器和碰撞传感器。在一种具体的实施方式中，所述移动机器人为自动售货机器人。在一种具体的实施方式中，所述移动机器人室内自动定位及智能避障系统还包括设置在机器人上的主控制器，所述惯性测量单元以及辅助修正定位部件中的激光器、摄像头以及射频阅读器均与所述主控制器连接，所述智能避障部件中的激光器、深度摄像头、超声波传感器、红外传感器和碰撞传感器也均与所述主控制器连接。在一种具体的实施方式中，所述移动机器人室内自动定位及智能避障系统还包括与所述主控制器通讯连接的云服务器。在一种具体的实施方式中，所述移动机器人上以及云服务器上均包含显示器，所述显示器至少用于显示包含机器人实时位置的地图。在一种具体的实施方式中，所述智能避障部件中使用的激光器与辅助修正定位部件中使用的激光器为同一个激光器。在一种具体的实施方式中，所述超声波传感器包括设置在机器人外壳周围的6~8个，所述红外传感器包括设置在机器人外壳周围的2~4个，所述碰撞传感器包括设置在机器人外壳底部周围的3~5个。在一种具体的实施方式中，所述深度摄像头与辅助修正定位部件中使用的摄像头并不相同。本专利技术还提供一种移动机器人室内自动定位及智能避障方法，包括使用一种如上所述的移动机器人室内自动定位及智能避障系统，且所述室内自动定位及智能避障方法包括先构建机器人运行场景的二维地图，且通过机器人的移动速度和运行姿态即运动方向计算出机器人在地图中的实时位置；再根据所述激光雷达定位结构、视觉定位结构以及磁条定位结构获取的机器人位置信息对地图中的机器人位置信息进行实时修正和更新；同时所述机器人使用所述智能避障部件进行实时智能避障。在一种具体的实施方式中，所述智能避障方法还包括事先在地图中做障碍点标记，以及事先限定机器人的运行范围；所述射频阅读器设置在机器人的底部，且所述磁条张贴设置在机器人运行环境中的地面上。本专利技术至少具备如下有益效果：本专利技术先构建地图，并通过机器人运动的速度和方向计算出机器人在地图上的位置，以此对机器人进行基础定位；再加上激光雷达、摄像头视觉定位和射频磁条定位三种方式辅助定位，再通过包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种移动机器人室内自动定位及智能避障系统，所述室内自动定位及智能避障系统包括实时位置计算部件、辅助修正定位部件和智能避障部件，所述实时位置计算部件包括惯性测量单元即IMU，所述辅助修正定位部件包括激光雷达定位结构、视觉定位结构以及磁条定位结构，所述激光雷达定位结构包括设置在机器人上的激光器，所述激光器用于扫描机器人的周边障碍物生成特征码与地图上的数据比对而修正当前机器人在地图上的位置坐标，所述视觉定位结构包括设置在机器人上的摄像头，所述摄像头用于扫描识别机器人运行环境中张贴的图片，而计算出机器人当前所在位置，以便用于修正当前机器人在地图上的位置坐标；所述磁条定位结构包括设置在机器人上的射频阅读器，所述射频阅读器通过射频识别技术即RFID识别张贴设置在机器人运行环境中的磁条而计算出机器人当前所在位置，以便用于修正当前机器人在地图上的位置坐标；所述智能避障部件包括激光器、深度摄像头、超声波传感器、红外传感器和碰撞传感器。/n

【技术特征摘要】
1.一种移动机器人室内自动定位及智能避障系统，所述室内自动定位及智能避障系统包括实时位置计算部件、辅助修正定位部件和智能避障部件，所述实时位置计算部件包括惯性测量单元即IMU，所述辅助修正定位部件包括激光雷达定位结构、视觉定位结构以及磁条定位结构，所述激光雷达定位结构包括设置在机器人上的激光器，所述激光器用于扫描机器人的周边障碍物生成特征码与地图上的数据比对而修正当前机器人在地图上的位置坐标，所述视觉定位结构包括设置在机器人上的摄像头，所述摄像头用于扫描识别机器人运行环境中张贴的图片，而计算出机器人当前所在位置，以便用于修正当前机器人在地图上的位置坐标；所述磁条定位结构包括设置在机器人上的射频阅读器，所述射频阅读器通过射频识别技术即RFID识别张贴设置在机器人运行环境中的磁条而计算出机器人当前所在位置，以便用于修正当前机器人在地图上的位置坐标；所述智能避障部件包括激光器、深度摄像头、超声波传感器、红外传感器和碰撞传感器。


2.根据权利要求1所述的室内自动定位及智能避障系统，其特征在于，所述移动机器人为自动售货机器人。


3.根据权利要求1所述的室内自动定位及智能避障系统，其特征在于，所述移动机器人室内自动定位及智能避障系统还包括设置在机器人上的主控制器，所述惯性测量单元以及辅助修正定位部件中的激光器、摄像头以及射频阅读器均与所述主控制器连接，所述智能避障部件中的激光器、深度摄像头、超声波传感器、红外传感器和碰撞传感器也均与所述主控制器连接。


4.根据权利要求3所述的室内自动定位及智能避障系统，其特征在于，所述移动机器人室内自动定位及智能避障系统还包括与所述主控...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡垚鑫，蔡荔星，黄宇云，范文宾，贺文武，罗赛，
申请(专利权)人：湖南擎谱数字科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43