[发明专利]一种未知路况下机器人环境感知与路径寻优系统

说明书

本发明公开一种未知路况下机器人环境感知与路径寻优系统，实现车身在未知环境下能够进行精确环境感知和高精度定位，考虑车身的约束使用改进A*算法进行路径规划与优化。控制系统控制车身未知环境下运动，车身通过搭载的多传感器采集周围的环境信息，再通过无迹卡尔曼滤波器进行信息融合获取车身的位姿信息并校正，同时进行精确定位与导航；通过改进的A*算法和车身尺寸约束进行路径规划和路径优化，提高路径的合理性和准确性。

技术领域

本发明涉及一种测量导航技术领域，特别涉及一种未知路况下机器人环境感知与路径寻优系统。

背景技术

智能机器人在近几年随着科学技术的进步得到了飞速的发展，其能实现在未知路况下借助视觉、激光等传感器进行实时感知周围环境进行建图，通过建立的实时地图进行定位和导航，也可以通过卫星地图提供的实时路径借助机器人的导航系统，诸如捷联惯导系统(INS)、全球导航卫星系统(GNSS)进行自主导航。按照工作环境可以分为地下工作机器人、地面工作机器人、高空工作机器人以及水下工作机器人。这四类机器人均实现在不同环境下的巡检、勘探等工作。有效的降低了人工成本和人工工作存在的安全隐患。

现有技术的缺点是：由于工作环境的不确定性，对于一些特殊场景下的工作环境，比如GNSS拒止环境下，水下等特殊环境，部分传感器存在工作性能不稳定的情况，同时，针对大部分自主机器人的路径规划算法中，很少考虑到其车身本身的尺寸约束，可能导致在实际项目工程运行中，存在一些不可控的错误进导致机器人及其车身无法通过，出现较大的工程隐患。

发明内容

针对现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种高精度导航同时考虑车身本身的尺寸约束的一种未知路况下机器人环境感知与路径寻优系统。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种未知路况下机器人环境感知与路径寻优系统，包括安装在车身上的控制系统、车载处理器和驱动机构，控制系统经车载处理器控制驱动机构，其关键在于：还设置有中央处理器与控制系统无线连接，该中央处理器还与车身上的路径寻优系统无线连接；

所述路径寻优系统设置有16线激光雷达、捷联惯导IMU、GPS，其中所述捷联惯导IMU输出端、GPS输出端、16线激光雷达输出端分别连接组合滤波器IMU输入端、GPS输入端、雷达输入端；

所述捷联惯导IMU输出端和GPS输出端分别连接无迹卡尔曼滤波器的IMU输入端、GPS输入端；

所述无迹卡尔曼滤波器输出端与组合滤波器输出端分别连接所述算法器，所述算法器经无线通信模块与所述中央处理器双向连接，该算法器的输出端还连接所述车载处理器；

所述16线激光雷达、捷联惯导IMU、GPS用于采集地面信息数据，所述无线通讯模块用于连接所述路径寻优系统与所述中央处理器。

作为优选：所述算法器还分别连接有函数库和车身尺寸库；所述车身尺寸库连接有尺寸录入单元。

作为优选：所述16线激光雷达置于车身车头且高于地面30cm处，捷联惯导IMU置于车身底盘的车身正中间，GPS双天线分别为主从天线，从天线置于车头，主天线置于车尾，且主天线尽可能保持与捷联惯导IMU安装位置在垂直方向上重合，目的是减少杆臂效应对组合导航系统精度的影响；所述16线激光雷达、捷联惯导IMU的坐标轴中Y轴指向车身车头方向，X轴垂直Y轴指向车身右侧方向，Z轴指向垂直车身向上方向，所述GPS坐标轴方向任意。

作为优选：所述中央处理器无线连接有n个车身上的控制系统和算法器。

中央处理器用于绘制全局地面地图、调配适宜的车身进行工作。

一种未知路况下机器人环境感知与路径优化方法，其关键在于：包括绘制地图的流程和路径规划流程，其中绘制地图的流程按如下步骤进行：

A-1：控制系统控制车载处理器运行，由车载处理器控制车身在未知路况下运动；