[发明专利]一种移动机器人自动避障导航系统及其导航方法

权利要求书

1.一种移动机器人自动避障导航系统，其特征在于，包括：

雷达探测模块，所述雷达探测模块用于采集移动机器人周围环境的三维点云地图数据；

姿态采集模块，所述姿态采集模块用于采集移动机器人的角速度和线速度；

主控模块，所述雷达探测模块的输出端和所述姿态采集模块的输出端均与所述主控模块的输入端连接，所述主控模块用于对所述三维点云地图数据进行处理得到三维地图信息，以及根据所述角速度和所述线速度预测得到移动机器人在下一时段内的移动轨迹；

上位工控机，所述上位工控机与所述主控模块通信连接，所述上位工控机用于根据所述三维地图信息和所述移动轨迹确定最优轨迹，并下发相应的控制指令至所述主控模块；

电机驱动模块，所述电机驱动模块的输入端与所述主控模块的输出端连接，所述电机驱动模块用于根据所述控制指令驱动移动机器人进行自动避障。

2.根据权利要求1所述的一种移动机器人自动避障导航系统，其特征在于：所述雷达探测模块为激光雷达，所述激光雷达用于通过三角测距法对移动机器人预设范围内的环境进行激光测距扫描，得到所述三维点云地图数据。

3.根据权利要求1所述的一种移动机器人自动避障导航系统，其特征在于：所述姿态采集模块包括三轴陀螺仪和三轴加速度计，所述三轴陀螺仪的输出端和所述三轴加速度计的输出端均与所述主控模块的输入端连接，所述三轴陀螺仪用于采集移动机器人的角速度，所述三轴加速度计用于采集移动机器人的线速度。

4.根据权利要求1所述的一种移动机器人自动避障导航系统，其特征在于：所述主控模块为STM32F103RCT6控制芯片。

5.根据权利要求1所述的一种移动机器人自动避障导航系统，其特征在于：所述上位工控机为树莓派，所述树莓派搭载有ROS机器人操作系统。

6.根据权利要求1所述的一种移动机器人自动避障导航系统，其特征在于：所述电机驱动模块包括差速电机和万向轮，所述差速电机的输入端与所述主控模块的输出端连接，所述差速电机用于对所述万向轮进行控制。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的一种移动机器人自动避障导航系统，其特征在于：所述移动机器人自动避障导航系统还包括RS-485通信模块，所述主控模块和所述上位工控机通过所述RS-485通信模块连接。

8.一种移动机器人自动避障导航系统的导航方法，用于通过如权利要求1至7中任一项所述的移动机器人自动避障导航系统执行，其特征在于，包括以下步骤：

通过所述雷达探测模块采集移动机器人周围环境的三维点云地图数据，并通过所述姿态采集模块采集移动机器人的角速度和线速度；

通过所述主控模块对所述三维点云地图数据进行处理得到三维地图信息，并根据所述角速度和所述线速度预测得到移动机器人在下一时段内的移动轨迹；

通过所述上位工控机根据所述三维地图信息和所述移动轨迹确定最优轨迹，并根据所述最优轨迹生成相应的控制指令；

通过所述电机驱动模块根据所述控制指令驱动移动机器人进行自动避障。

9.根据权利要求8所述的导航方法，其特征在于，所述根据所述角速度和所述线速度预测得到移动机器人在下一时段内的移动轨迹这一步骤，其具体包括：

构建移动机器人的运动学模型，并确定所述运动学模型的约束条件；

根据所述角速度、所述线速度以及所述约束条件预测得到移动机器人在下一时段内的多个速度数据组；

根据所述速度数据组和所述运动学模型预测得到移动机器人在下一时段内的移动轨迹；

其中，所述约束条件包括机器人最大速度约束、机器人最小速度约束、驱动电机性能约束以及安全制动距离约束。

10.根据权利要求9所述的导航方法，其特征在于，所述根据所述三维地图信息和所述移动轨迹确定最优轨迹这一步骤，其具体包括：

根据所述三维地图信息确定目标位置和障碍物位置；

根据所述目标位置确定移动机器人的方位角评价函数，根据所述障碍物位置确定移动机器人与障碍物的距离评价函数，并根据所述速度数据组确定移动和机器人的速度评价函数；

确定所述方位角评价函数、所述距离评价函数以及所述速度评价函数的权重系数，并根据所述权重系数对所述方位角评价函数、所述距离评价函数以及所述速度评价函数进行归一化处理，得到轨迹评价函数；

根据所述轨迹评价函数在所述移动轨迹中筛选出最优轨迹。