[发明专利]一种用于考古现场的自动土料运输机器人

说明书

本发明属于地面自动导航无人机器人技术领域，具体涉及一种用于考古现场的自动土料运输机器人，包括轮式四轮机器人底盘以及车头，所述车头内设置控制单元，用于根据激光雷达、进行定位的UWB标签、多个激光测距传感器以及IMU传感器采集的机器人所处环境的数据，控制机器人的运行轨迹和翻斗升降。本发明与其他小型移动机器人相比，本发明采用多种方式融合的定位策略，定位精度和稳定性更高，使用一组共8枚激光器对小车行进所在隔梁两侧的探方，以防止跌落和导致塌方，更加适用于安全性要求极高的考古现场。

技术领域

本发明属于地面自动导航无人机器人技术领域，具体涉及一种用于考古现场的自动土料运输机器人。

背景技术

社会经济形势的变化推动着考古学科的发展，对考古工作提出了更新更高的要求。田野考古活动通常在偏僻的农村或者无人地带进行，需要大量掘出土料，并分门别类进行运输和保存，这个过程需要耗费大量人力和时间，在以往的考古活动中通常雇佣当地或附近地带的农民工或者留守老人来完成运输工作。但是该模式存在一些问题，首当其冲的便是安全问题，考古现场发掘有大量土坑，称为探方，深度最深可达数米，一旦发生意外，将对工人的生命安全造成极大的威胁。其次随着社会经济的发展，留守当地的劳动力越来越少，雇佣工人的难度越来越大，而老工人随着年龄的增长，逐渐无法胜任这项体力工作。因此，考古施工现场急需进行自动化智能化的升级改造，提高考古工作的效率，同时也是应对即将到来的用工荒。而目前对于小型室外移动机器人应用领域较为局限，不适合考古现场运输，国内外尚无可稳定应用于考古领域的小型无人运输车。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于考古现场的自动土料运输机器人，解决田野考古现场的主要不可行区域为低于地面的探方，常规探测方式难以规避，探方之间的隔梁狭窄且容易塌方，常规路径规划控制无法保证其高安全性要求。考古运输的土料通常细碎且湿润，体量大较大，因此需要较大的运载能力。而市面上的小型机器人通常针对常规户外和室内场景，并不适合在田野考古现场开展工作。

本发明是这样实现的，

一种用于考古现场的自动土料运输机器人，包括轮式四轮机器人底盘以及车头，所述车头内设置控制单元，用于根据激光雷达、进行定位的UWB标签、多个激光测距传感器以及IMU传感器采集的机器人所处环境的数据，控制机器人的运行轨迹和翻斗升降。

进一步地，所述环境的数据包括激光测距信息、激光点云数据、UWB定位信息和IMU测量的惯性数据，其中所述控制单元根据激光点云数据描述考古现场周围环境，从中识别出障碍物和可运行区域，进行路径规划和障碍物规避计算；

根据激光测距信息计算机器人运行的差值和角度；

根据UWB定位信息进行实时定位结果；以及，

根据IMU测量的惯性数据，测量机器人的偏航角，用于计算机器人姿态朝向。

进一步地，所述UWB标签与固定布置考古现场的正多边形基站构成UWB定位系统共同工作，UWB标签自动向控制单元发送位置。

进一步地，所述路径规划由A*算法和TEB算法实现，包括：

将激光雷达采集的二维激光点云数据、机器人的位置信息和目标位置输入A*算法，A*算法将搜索周围环境中的可行位置，产生有一条基本路径作为全局路径；

将A*算法生成的全局路径、激光点云数据和IMU测得的速度及角度信息通过TEB算法根据机器人的运动情况实时调整优化轨迹细节。

进一步地，A*算法和TEB算法的顶层使用基于行为树的行为决策算法，其中基于行为树的行为决策算法的处理过程包括：

判断电量是否充足，若不足则进行充电或提示更换电池；若电量充足，且未收到任务，则进行待机等待命令；

若电量充足且收到指令，前往指令所指向的目的地，指定目的地装土；