一种四舵轮换电机器人的导航控制方法技术

一种四舵轮换电机器人的导航控制方法

【技术实现步骤摘要】
一种四舵轮换电机器人的导航控制方法、设备及介质


[0001]本专利技术涉及机器人
，具体涉及一种四舵轮换电机器人的导航控制方法
、
设备及介质
。

技术介绍

[0002]近年来，随着汽车产业变革的强力推进
、
动力电池技术的迭代更新，新能源汽车产业进入了加速发展的阶段
。
新能源汽车因其高性能
、
低运行成本等优势逐渐被广大消费者所接受，销量逐年升高，但该产业并未达到井喷需求，究其原因是“里程焦虑”问题无法得以妥善解决，因此，“如何提升电池容量”和“优化充电体验”成为各企业关注焦点，然而“提升电池容量”是需要突破材料桎梏
、
经历时间迭代的漫长过程，无法快速改善社会现状，故优化新能源汽车充电体验显得尤为重要
。
[0003]新能源汽车充电多为小区车库
、
商场停车位人工或固定充电桩充电的方式，可见，充电桩需依附停车位进行安装，且充电桩的数量决定用户的充电体验，过少的充电桩资源无法保障客户实时充电需求
。
在现实生活中充电桩的建设速度远不及电动车的增量速度，一方面，存在车位相对紧张导致燃油车和电动车需求冲突
、
老旧小区因充电载荷大充电线路不安全的问题，另一方面存在商场等开放场所更改布设成本较高的问题；然而即使有足够的充电桩，电动车高峰用电对电网造成的冲击也是亟待解决的难题
。
因此换电机器人应运而生
。
[0004]现有技术中，大型固定换电站和共享充电机器人成为优化上述问题提高用户充电体验的主要方式
。
当新能源汽车亟需补能时，可自行行驶至大型固定换电站完成自动换电操作，实现了与传统燃油车的高效补能，极大程度的消除了用户用电焦虑问题，但是该方式存在占地空间大
、
指定品牌类型
、
建设成本高的问题，推展进度较慢；现有的共享充电机器人采用充电桩分离式设计，于车位上方安装导轨
、
电源口，后利用导轨移动充电枪至指定车位完成补能，该方式实现了一个充电桩对多个车位的灵活覆盖，虽然基于导轨的充电机器人控制方法简单
、
可靠，但该方式需对部署环境作较大改造，建设成本高，一旦车库或停车场环境发生变化时，机器人无法灵活应对从而影响充电体验
。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了克服以上技术的不足，提供了一种能够使机器人于狭小
、
复杂的充电站环境内实现精准
、
快速到站，可快捷高效提供充电服务的四舵轮换电机器人的导航控制方法
、
设备及介质
。
[0006]本专利技术克服其技术问题所采用的技术方案是：一种四舵轮换电机器人的导航控制方法，包括：构建四舵轮换机器人平台；获取并记录全局地图区域内移动充电桩点
、
车位前充电桩放置点
、
机器人自身充电桩点；
绘制供四舵轮换机器人平台应用的有向拓扑地图；基于有向拓扑地图
、
栅格地图计算既定目标点的中间段全局路径
、
前端连接路径
、
后端连接路径；基于任务互斥规则完成四舵轮换机器人平台的拿起
、
送柜
、
回桩
、
取柜动作下发；根据下发的动作完成四舵轮换机器人平台前向
、
横向运动控制
。
[0007]进一步的，四舵轮换机器人平台包括车体
、
分别设置于车体下端四个边角处的舵轮
、
安装于车体上的顶升装置以及分别安装于车体前后两端的激光雷达，顶升装置由顶升装置控制器控制其上下移动
。
[0008]进一步的，获取并记录全局地图区域内移动充电桩点
、
车位前充电桩放置点
、
机器人自身充电桩点的方法为：四舵轮换机器人平台在地下车库或停车楼的全局地图区域内行走，通过两个激光雷达进行扫描，将两个激光雷达扫描的点云数据进行拼接融合，通过
lio
‑
sam
算法得到实时环境地图构建；四舵轮换机器人平台进行重定位操作；人工遥控四舵轮换机器人平台移动至充电桩充放点
、
车位前充电桩放置点
、
机器人自身充电桩点处，采集移动充电桩点
、
车位前充电桩放置点
、
机器人自身充电桩点的坐标信息，采集当前时刻机器人于全局地图坐标系的位置和姿态信息
。
[0009]进一步的，有向拓扑地图由
N
条有向路径组成
。
[0010]进一步的，基于有向拓扑地图
、
栅格地图计算既定目标点的全局路径
、
前端连接路径
、
后端连接路径的方法为：将有向拓扑地图以
json
文件形式加载，完成栅格地图初始化；四舵轮换机器人平台当前自身位置为
a
点，目标点为
f
点，通过最小欧式距离计算
a
点在有向路径上的最小距离相邻点
b
，通过最小欧式距离计算
f
点在有向路径上的最小距离相邻点
e
，如果相邻点
b、
相邻点
e
不为有向路径的组成点，则将相邻点
b、
相邻点
e
加入有向拓扑地图中，得到更新后的有向拓扑地图；如果
a
点与其相关有向拓扑地图中的最小距离相邻点的距离小于阈值，则将前端连接路径设置为空值，如果
a
点与其相关有向拓扑地图中的最小距离相邻点的距离大于等于阈值，则
a
点及与
a
点相关有向拓扑地图中的最小距离相邻点投影至栅格地图中，并通过
A*
算法计算
a
点到与
a
点相关有向拓扑地图中的最小距离相邻点之间最优路径，将得到的最优路径赋予前端连接路径；在更新后的有向拓扑地图中采用
Dijkstra
算法计算
a
点到与
a
点相关有向拓扑地图中的最小距离相邻点之间最优路径，将该最优路径经插值处理，并将插值处理后得到的路径点赋予中间段全局路径；如果中间段全局路径最后一个点与目标点距离小于距离阈值，则将后端连接路径设置为空值，如果中间段全局路径最后一个点与目标点距离大于等于距离阈值，则将中间段全局路径最后一个点和目标点投影至栅格地图中，并通过
A*
算法计算中间段全局路径最后一个点到目标点之间最优路径，将得到的最优路径赋予后端连接路径
。
[0011]进一步的，基于任务互斥规则完成四舵轮换机器人平台的拿起
、
送柜
、
回桩
、
取柜动作的下发方法为：<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种四舵轮换电机器人的导航控制方法，其特征在于，包括：构建四舵轮换机器人平台；获取并记录全局地图区域内移动充电桩点
、
车位前充电桩放置点
、
机器人自身充电桩点；绘制供四舵轮换机器人平台应用的有向拓扑地图；基于有向拓扑地图
、
栅格地图计算既定目标点的中间段全局路径
、
前端连接路径
、
后端连接路径；基于任务互斥规则完成四舵轮换机器人平台的拿起
、
送柜
、
回桩
、
取柜动作下发；根据下发的动作完成四舵轮换机器人平台前向
、
横向运动控制
。2.
根据权利要求1所述的四舵轮换电机器人的导航控制方法，其特征在于：四舵轮换机器人平台包括车体（1）
、
分别设置于车体（1）下端四个边角处的舵轮（4）
、
安装于车体（1）上的顶升装置（3）以及分别安装于车体（1）前后两端的激光雷达（2），顶升装置（3）由顶升装置控制器控制其上下移动
。3.
根据权利要求2所述的四舵轮换电机器人的导航控制方法，其特征在于，获取并记录全局地图区域内移动充电桩点
、
车位前充电桩放置点
、
机器人自身充电桩点的方法为：四舵轮换机器人平台在地下车库或停车楼的全局地图区域内行走，通过两个激光雷达（2）进行扫描，将两个激光雷达扫描的点云数据进行拼接融合，通过
lio
‑
sam
算法得到实时环境地图构建；四舵轮换机器人平台进行重定位操作；人工遥控四舵轮换机器人平台移动至充电桩充放点
、
车位前充电桩放置点
、
机器人自身充电桩点处，采集移动充电桩点
、
车位前充电桩放置点
、
机器人自身充电桩点的坐标信息，采集当前时刻机器人于全局地图坐标系的位置和姿态信息
。4.
根据权利要求1所述的四舵轮换电机器人的导航控制方法，其特征在于：有向拓扑地图由
N
条有向路径组成
。5.
根据权利要求4所述的四舵轮换电机器人的导航控制方法，其特征在于，基于有向拓扑地图
、
栅格地图计算既定目标点的全局路径
、
前端连接路径
、
后端连接路径的方法为：将有向拓扑地图以
json
文件形式加载，完成栅格地图初始化；四舵轮换机器人平台当前自身位置为
a
点，目标点为
f
点，通过最小欧式距离计算
a
点在有向路径上的最小距离相邻点
b
，通过最小欧式距离计算
f
点在有向路径上的最小距离相邻点
e
，如果相邻点
b、
相邻点
e
不为有向路径的组成点，则将相邻点
b、
相邻点
e
加入有向拓扑地图中，得到更新后的有向拓扑地图；如果
a
点与其相关有向拓扑地图中的最小距离相邻点的距离小于阈值，则将前端连接路径设置为空值，如果
a
点与其相关有向拓扑地图中的最小距离相邻点的距离大于等于阈值，则
a
点及与
a
点相关有向拓扑地图中的最小距离相邻点投影至栅格地图中，并通过
A*
算法计算
a
点到与
a
点相关有向拓扑地图中的最小距离相邻点之间最优路径，将得到的最优路径赋予前端连接路径；在更新后的有向拓扑地图中采用
Dijkstra
算法计算
a
点到与
a
点相关有向拓扑地图中的最小距离相邻点之间最优路径，将该最优路径经插值处理，并将插值处理后得到的路径点赋予中间段全局路径；
如果中间段全局路径最后一个点与目标点距离小于距离阈值，则将后端连接路径设置为空值，如果中间段全局路径最后一个点与目标点距离大于等于距离阈值，则将中间段全局路径最后一个点和目标点投影至栅格地图中，并通过
A*
算法计算中间段全局路径最后一个点到目标点之间最优路径，将得到的最优路径赋予后端连接路径
。6.
根据权利要求2所述的四舵轮换电机器人的导航控制方法，其特征在于，基于任务互斥规则完成四舵轮换机器人平台的拿起
、
送柜
、
回桩
、
取柜动作的下发方法为：当四舵轮换机器人平台执行拿起动作时，若上一状态为拿起
、
取柜动作，则判定当前动作与上一状态互斥，任务无法执行，并反馈至上位机该任务冲突；若上一状态为送柜
、
回桩动作，则判定当前动作与上一状态相关，任务正常执行；若前端连接路径不为空，则使能横向运动控制器，并将前端连接路径初始化给横向运动控制器，指定运动方向为负方向，完成四舵轮换机器人平台右侧横移，若前端连接路径为空，则去使能横向运动控制器；若中间段全局路径为空，则取消四舵轮换机器人此次动作任务并反馈，若中间段全局路径不为空，则使能前向运动控制器，并将中间段全局路径初始化给前向运动控制器，指定运动方向为正方向，完成四舵轮换机器人前行运行；若后端连接路径不为空，则使能横向运动控制器，并将后端连接路径初始化给横向运动控制器，指定运动方向为正方向，完成四舵轮换机器人左侧横移，若后端连接路径为空，则去使能横向运动控制器并使能顶升装置控制器；当四舵轮换机器人...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋凯，翟凯，华逢彬，程瑶，
申请(专利权)人：山东新一代信息产业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：