[发明专利]基于单线激光雷达自动升降装置的家用割草机器人、系统以及建图方法

权利要求书

1.基于单线激光雷达自动升降装置的家用割草机器人，其特征在于，包括机体、设置于机体上的激光雷达和激光雷达高度自动调节装置、用于控制激光雷达高度自动调节装置的控制装置，所述激光雷达高度自动调节装置包括滚珠丝杠、步进电机、滑块、雷达架、绳索和滑轨，所述步进电机用于提供动力给滚珠丝杠，所述滑块设置于滚珠丝杠上，所述激光雷达设置于雷达架上，所述滑轨纵向设置于机体上，所述雷达架配合在滑轨上，所述滑块通过绳索连接着雷达架，所述滑块在滚珠丝杠上来回移动带动雷达架在滑轨上的上下移动，实现激光雷达高度的无级调节。

2.根据权利要求1所述的基于单线激光雷达自动升降装置的家用割草机器人，其特征在于，所述控制装置包括锂电池、开发板、单片机和电机驱动器，所述锂电池用于给开发板提供电量，所述开发板用于给单片机提供程度指令，所述单片机用于给电机驱动器提供控制指令，所述电机驱动器用于给步进电机提供正反转控制指令。

3.根据权利要求1所述的基于单线激光雷达自动升降装置的家用割草机器人，其特征在于，所述机体和雷达架上分别设置有第一固定环和第二固定环，所述绳索通过第一固定环系在第二固定环上用于防止绳索与滚珠丝杠发生摩擦。

4.根据权利要求3所述的基于单线激光雷达自动升降装置的家用割草机器人，其特征在于，所述雷达架上设置有定向圆柱，用于防止激光雷达竖直移动时不在同一水平面。

5.基于单线激光雷达自动升降装置的家用割草机器人建图方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：启动割草机器人控制节点、建图节点；

S2：实时获取割草机器人附近草坪环境，建立初步的二维栅格地图；

S3：割草机器人在移动的过程中，激光雷达在激光雷达高度自动调节装置的作用下，沿着滑轨做上下移动，当割草机器人前进到花丛高度低于或高于激光雷达设定高度时，启动控制代码调节激光雷达高度，直到可以检测到障碍物位置时停止调节；

S4：沿着当前方向前进，直到遇到不规则的花丛时，返回步骤S3；

S5：沿着当前方向前进，前进过程中若没有遇到不规则花丛时，通过导航算法实现割草机器人自主建图，并且遇到障碍物能及时避让，直到建立精确地二维栅格地图。

6.根据权利要求5所述的基于单线激光雷达自动升降装置的家用割草机器人建图方法，其特征在于，所述步骤S2中二维栅格地图的建立方式为：以割草机器人主体为基点，获取割草机器人主体前方障碍物的点云信息，从而判断障碍物在草坪环境中的位置。

7.基于单线激光雷达自动升降装置的家用割草机器人控制系统，其特征在于，包括供电模块、2D激光雷达采集模块、中央处理单元、SLAM算法模块和下位机，所述2D激光传感器用于采集割草机器人前方障碍物情况，并且将采集的信息传递给中央处理单元，所述中央处理单元通过SLAM算法进行算法计算判定，决策2D激光雷达升降装置是否变化，然后再将决策信息传递给下位机，下位机控制电机驱动滚珠丝杠，实现2D激光雷达上下移动，从而建立精确的二维栅格地图。

8.根据权利要求7所述的基于单线激光雷达自动升降装置的家用割草机器人控制系统，其特征在于，所述SLAM算法对草坪环境建立二维栅格地图的过程为：根据2D激光雷达的激光数据，利用观测模型提取出障碍物区域，并通过算法计算出障碍物的高度，对所提取的障碍物的高度进行区分，分为以下3种情况：①LAB＞C；②A≤LAB≤C；③LABA，如果是情况①和③，直接建立精确的二维栅格地图；如果是情况②，要先计算出2D激光雷达与障碍物之间的差值Δe，计算公式如下：Δe＝C-L_AB,然后，确定伸缩量ΔL，根据伸缩量ΔL驱动2D激光雷达上下移动，改变2D激光雷达的高度，建立精确的二维栅格地图。