[发明专利]一种具有环境感知能力的智能机器人

说明书

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种具有环境感知能力的智能机器人。

背景技术

机器人是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。目前在工业、医学、农业甚至军事等领域中均有重要用途。

智能环境感知系统的主要功能是通过传感器获取机器人以及环境信息，具体为机器人的位姿及状态信息获取、机器人周围障碍物的识别与跟踪(其中包括动态及静态障碍物)以及机器人周边状况分析等。但是，现在的环境感知系统往往存在感知维度不足、计算精度不高、实时性不强等问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种具有环境感知能力的智能机器人。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

一种具有环境感知能力的智能机器人，包括机器人和安装在机器人上的毫米波雷达三维环境感知系统；毫米波雷达三维环境感知系统包括毫米波雷达、旋转机械装置、控制单元和数据处理单元；旋转机械装置包括第一旋转轴、旋转盘和第二旋转轴，第一旋转轴竖直布置且与旋转盘的中心固接，所述第一旋转轴通过第一步进电机驱动旋转；由第二步进电机驱动旋转的第二旋转轴水平套装在轴承座内，所述轴承座通过2个竖直布置的支撑轴固接在旋转盘上；所述第二旋转轴的中点处设置有连接部，所述连接部垂直于第二旋转轴且与第二旋转轴一体成型，毫米波雷达与连接部垂直固接；所述毫米波雷达的自身固有扫描平面垂直于旋转盘所在平面，且扫描范围角为±30°；所述旋转盘在布置支撑轴的一侧有切口，切口所在的直线平行于第二旋转轴所在的直线，且任一支撑轴与切口所在直线的距离小于50mm；所述第一步进电机和第二步进电机均通过单片机来控制，单片机用于接收控制命令，并将控制命令转化为控制信号发送给电机，同时根据装置的初始位置和两个步进电机转过的角度计算出旋转机械装置的当前位置，并将旋转机械装置的当前位置状态反馈给数据处理单元；所述旋转机械装置整体在第一步进电机的带动下面向机器人前进方向做水平180°的周期往返运动，同时毫米波雷达在第二步进电机的带动下面向机器人前进方向做竖直180°的周期往返运动；

数据处理单元包括数据采集子单元、延时修正子单元和坐标输出子单元；数据采集子单元接收毫米波雷达测量得到的其与目标的距离值ρ，同时接收单片机发送的垂直旋转角α和水平旋转角β，以及毫米波雷达的自身扫描角θ；设毫米波雷达对某一目标的读数为(ρ，α，β，θ)，并定义：当雷达处于水平位置时α＝0°，当雷达处于水平位置上方时α值为正，雷达处于水平位置下方时α值为负，当第二旋转轴与机器人正前方方向垂直时β＝0°，当雷达位于β＝0°的右侧时β为正值，当雷达位于β＝0°的左侧时β为负值；当毫米波雷达的自身扫描方向与毫米波雷达所在平面垂直时θ＝0°，当自身扫描方向位于θ＝0°的上方时θ为正值，当自身扫描方向位于θ＝0°的下方时θ为负值；

优选地，延时修正子单元包括距离测量修正模块、水平扫描修正模块和垂直扫描修正模块：距离测量修正模块，用于对距离值ρ的测量值进行针对雷达检测波往返过程中延时效应的修正，其输出的修正因子为：

当|α₁+θ₁|＞|α₂+θ₂|且|β₁|＞|β₂|时，上式取正号，否则取负号；

垂直扫描修正模块，用于对垂直旋转角α进行针对雷达检测波往返过程中延时效应的修正，其输出的修正因子当|α₁|＞|α₂|时，上式取正号，否则取负号；

水平扫描修正模块，用于对水平旋转角β进行针对雷达检测波往返过程中延时效应的修正，其输出的修正因子当|β₁|＞|β₂|时，上式取正号，否则取负号；