[发明专利]基于激光雷达数据的喷涂机器人沿墙导航运动方法及系统

说明书

基于激光雷达数据的喷涂机器人沿墙导航运动方法及系统，方法包括以下步骤：对激光雷达扫描得到的数据按照符合墙面特征进行选择与处理；对机器人当前时刻与墙面的位姿关系进行分析与判断；估算机器人当前时刻相对于墙面的倾斜角度；实时调整机器人相对于墙面的位姿角度直至平行。系统包括数据选择与处理模块、位姿分析与判断模块、倾斜角度估算模块以及实时调整模块。本发明通过对激光雷达扫描得到的测量数据进行选择与处理，对搭载该激光雷达的移动机器人与墙面之间的位姿关系进行判断，同时估算机器人相对于墙面的倾斜角度，并通过实时反馈进行机器人位姿的调整，以一种简单、高效的方法实现了移动喷涂机器人的沿墙导航运动与角度偏差修正。

技术领域

本发明属于机器人领域，涉及基于激光雷达数据的喷涂机器人沿墙导航运动方法及系统。

背景技术

随着信息技术、自动控制技术的发展，机器人也逐渐渗入到了人们的生活中，机器人能够在各种复杂的环境下代替人类工作，其中，能够自主移动的移动机器人也在各行各业中得到了广泛的应用。对于移动机器人而言，其关键技术包括准确感知构建外部环境地图(建图)、确定机器人自身在外部环境中的位置(定位)、到达目标点的路径规划并完成目标路径的运动(路径规划)。精确完成目标路径的移动对于需要明确工作路径的移动机器人而言至关重要，以喷涂机器人为例，喷涂机器人需要根据不同的室内环境，沿着待喷涂墙面一侧进行自主运动，完成墙面的自动化喷涂作业。在喷涂作业过程中，机器人与墙面之间的距离以及角度将严重影响喷涂质量和喷涂效果，因此，便对喷涂机器人在作业过程中的运动轨迹提出了要求，而喷涂机器人的作业特点决定了其主要工作路径为与墙面平行的轨迹线。目前对于这种移动机器人的行走控制主要采用的方法有外加标志法、装备电磁或光学等自动导引装置等，这些方法一方面需要进行预先环境铺设布置，增加额外的工作量；另一方面适用性差，只能应用于添加了导引装置或者标记点的环境中，无法适应不同墙面距离；此外，大面积范围内电磁光学元件的铺设增加了机器人应用的成本，外加标志及磁条的更换也使得成本进一步增加。

传统A*算法、人工势场法等常见的SLAM定位导航算法在进行机器人沿墙导航移动的规定性路径规划导航时，算法实时性差，运动误差会随移动距离的增大而累积，同时机器人与墙壁距离、角度的控制精度稳定性差，不能满足喷涂机器人沿墙导航移动要求。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中机器人沿墙导航移动控制的成本高以及精度稳定性不高的问题，提供一种基于激光雷达数据的喷涂机器人沿墙导航运动方法及系统，不需要在外部环境设置辅助标志与引导装置，满足与墙面距离、角度需求，实时性好，稳定性高。

为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：

一种基于激光雷达数据的喷涂机器人沿墙导航运动方法，包括以下步骤：

对激光雷达扫描得到的数据按照符合墙面特征进行选择与处理；

对机器人当前时刻与墙面的位姿关系进行分析与判断；

估算机器人当前时刻相对于墙面的倾斜角度；

实时调整机器人相对于墙面的位姿角度直至平行。

作为本发明的一种优选方案，所述对激光雷达扫描得到的数据按照符合墙面特征进行选择与处理的具体步骤包括：

读取激光雷达的扫描周期、扫描频率、角度分辨率、线数以及最大扫描距离和最小扫描距离；驱动机器人移动至初始作业位置，获取机器人移动过程中的速度，通过激光雷达扫描获取机器人当前所处位置处的点云信息；确定点云数据中符合墙面特征的数据角度范围，舍弃数据角度范围中的无效数值点和突变杂乱点，在数据角度范围中选取连续角度范围内的数据点，得到符合墙面特征的角度范围内的连续激光雷达扫描数据，该角度范围取30°～45°。

作为本发明的一种优选方案，机器人的初始作业位置在激光雷达的最大扫描范围和最小扫描范围之间，且机器人与待喷涂墙面的距离不超过机器人的最大喷涂作业范围。