申请/专利权人：广东工业大学

申请日：2018-07-27

公开（公告）日：2021-03-12

公开（公告）号：CN109129468B

主分类号：B25J9/16(20060101)

分类号：B25J9/16(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.03.12#授权;2019.01.29#实质审查的生效;2019.01.04#公开

摘要：本发明公开了一种基于MYRIO平台的移动机器人，包括传感器系统、人机交互系统、控制系统、驱动系统、机械结构平台和移动机器人‑环境交互系统。本发明在MYRIO平台下的移动机器人实时地图的创建，通过实时采集激光雷达扫描到的数据，通过改进统计滤波处理数据扫描进行机器人的定位与全局地图的创建和更新，绘制环境的特征地图。

主权项：1.一种基于MYRIO平台的移动机器人，其特征在于，所述移动机器人包括传感器系统、人机交互系统、控制系统、驱动系统、机械结构平台和移动机器人-环境交互系统；其中所述传感器系统的输出端与人机交互系统的输入端连接，人机交互系统的输出端与控制系统的输入端连接，控制系统的输出端与驱动系统的输入端连接，驱动系统的输出端与机械结构平台的输入端连接，机械结构平台的输出端与移动机器人-环境交互系统的输入端连接，同时机械结构平台的输出端和移动机器人-环境交互系统的输出端均与传感器系统的输入端连接；所述传感器系统包括激光测距仪和里程计，其中里程计用于记录机器人的行动轨迹，激光测距仪用于获取测量的数据；所述人机交互系统获取激光测距仪的数据并基于激光扫描匹配算法实现机器人定位及地图创建；所述人机交互系统安装有基于MYRIO环境构建软件系统，通过LABVIEW软件编程获取传感器数据，并将数据传输到定位与地图构建模块中，通过地图节点进行定位和建图，并上位机程序界面可视化，实时显示机器人移动过程中构建的环境地图；所述人机交互系统包括上位机；所述上位机包括双核ARMCortex-A9的核心处理器；所述上位机还包括统计滤波器；所述统计滤波器用于对扫描到的数据进行滤波处理；所述统计滤波器进一步用于：假设地图中点Px,y与其最近的k个点p1,p2...pk,的平均距离为d，并且距离d的分布服从均值为μd，方差为σd的高斯分布fd，其中： 当d∈μd-2σd,μd+2σd时，认为点P不是奇异点，否则，当d不在这个范围内，则认为点P为奇异点；利用激光扫描匹配算法完成移动机器人的位姿纠正，在激光扫描匹配过程中，通过调整当前扫描的机器入位姿，搜索当前扫描相对于参考扫描的位置和方向，直到与参考扫描的重叠最大；所述的传感器系统提供了传感器系统本身相对于环境中某个环境特征的相对距离和方向，由于激光测距仪在其扫描平面上对周围环境是按一定的角度分辨率进行扫描测量的，得到的原始数据都是离散的数据点；通过激光测距仪每次扫描得到移动机器人前方240°范围的682个数据点的信息，相邻两个数据点间隔约0.36°，这些数据点的信息是以激光测距仪中心为极点的极坐标系表示的，相对于全局坐标系来说是局部传感器坐标系，为了处理的方便，把这些以极坐标表示的数据信息转化为笛卡尔坐标下的数据信息， 前面的数据处理都以激光测距仪所在位置为原点，激光测距仪正对的方向为90°角的，是以激光测距仪本身为参考系原点的局部坐标系；把多次扫描得到的局部地图融合起来，首先是要把局部坐标转成机器入所在环境的全局坐标系；根据机器人自定位得到的机器人自己的位姿x,y,θ，以及激光测距仪安装在机器人上位置，实现局部坐标到全局坐标的转换；扫描匹配之前，当前扫描和参考扫描必须进行预处理，所述的预处理对来自于相同物体的测最值进行聚类，清除测量误差。

全文数据：一种基于MYRIO平台的移动机器人技术领域本发明涉及移动机器人领域，更具体地，涉及一种基于MYRIO平台的移动机器人。背景技术随着机器人技术的发展,越来越多智能化机器人渗入到了我们日常的生产生活中。20世纪90年代以来,以研制高水平的环境信息传感器技术、信息处理技术、高适应性的移动机器人控制技术和真实环境下的规划技术为标志,开展了移动机器人更高层次的研究。近年来,由于科学与技术的飞跃进步，具有自主感知决策和执行功能的智能移动机器人得到了快速的发展,移动机器人最大的特点就是能够自由移动,这种运动能力使机器人更加适应环境,可以胜任更多的工作,移动机器人可以应用在核电厂、排雷、战场搜寻、深海探测等等条件比较艰苦危险的领域。地图创建是移动机器人领域中的一个基本且重要的问题,环境地图被广泛地应用在移动机器人的导航系统中,在移动机器人导航定位和全局路径规划中起到重要的作用。要实现移动机器人的自主导航,最重要的是通过定位来获知机器人在环境中的准确位姿。根据先验地图进行的移动机器人定位和自主导航技术得到了广泛的研究,并取得很好的应用效果。目前，移动机器人常采用栅格地图，用每一网格被占据的概率值来表示环境信息，但网格地图的精确度不高。激光雷达和红外、声纳等传感器相比，获取数据速度快而精确，干扰小。因此，利用激光雷达数据创建的地图具有很高的精确度。发明内容本发明的目的是解决上述一个或多个缺陷，设计一种基于MYRIO平台的移动机器人实时地图创建系统。为实现以上发明目的，采用的技术方案是：一种基于MYRIO平台的移动机器人，所述移动机器人包括传感器系统、人机交互系统、控制系统、驱动系统、机械结构平台和移动机器人-环境交互系统；其中所述传感器系统的输出端与人机交互系统的输入端连接，人机交互系统的输出端与控制系统的输入端连接，控制系统的输出端与驱动系统的输入端连接，驱动系统的输出端与机械结构平台的输入端连接，机械结构平台的输出端与移动机器人-环境交互系统的输入端连接，同时机械结构平台的输出端和移动机器人-环境交互系统的输出端均与传感器系统的输入端连接。优选的是，所述传感器系统的输出端与人机交互系统的输入端通过USB接口进行连接。优选的是，所述传感器系统包括激光雷达和里程计，其中里程计用于记录机器人的行动轨迹，激光雷达用于获取测量的数据。优选的是，所述人机交互系统包括上位机；所述上位机包括双核ARMCortex-A9的核心处理器。优选的是，所述上位机还包括统计滤波器；所述统计滤波器用于对扫描到的数据进行滤波处理。优选的是，所述机械结构平台包括电机驱动器。优选的是，所述人机交互系统安装有基于MYRIO环境构建软件系统，通过LABVIEW软件编程获取传感器数据，并将数据传输到定位与地图构建模块中，通过地图节点进行定位和建图，并上位机程序界面可视化，实时显示机器人移动过程中构建的环境地图。与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明基于MYRIO平台开发的移动机器人实时地图的创建，利用改进统计滤波良好的滤波效果，在滤除奇异点的同时，保留远处障碍物和地面墙面的信息，实时在线处理激光雷达数据并绘图，应用MYRIO易于学生开发，图形化编程简洁明确，实现在线地图可视化，对实现自主移动与定位具有重要的意义。附图说明图1为本发明的系统结构图；图2为本发明的激光扫描成像图。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。实施例1一种基于MYRIO平台的移动机器人，请参考图1，所述移动机器人包括传感器系统、人机交互系统、控制系统、驱动系统、机械结构平台和移动机器人-环境交互系统；其中所述传感器系统的输出端与人机交互系统的输入端连接，人机交互系统的输出端与控制系统的输入端连接，控制系统的输出端与驱动系统的输入端连接，驱动系统的输出端与机械结构平台的输入端连接，机械结构平台的输出端与移动机器人-环境交互系统的输入端连接，同时机械结构平台的输出端和移动机器人-环境交互系统的输出端均与传感器系统的输入端连接。本实施例中，所述传感器系统的输出端与人机交互系统的输入端通过USB接口进行连接。为了保障移动机器人在行进过程中能实时的创建和更新地图数据，必须保证有足够运行速度的处理器以及配合的外围设备。开发基于MYRIO嵌入式系统开发平台采用双核ARMCortex-A9的核心处理器，当移动机器人在室内移动时，MYRIO通过USB接口实时采集激光雷达扫描到的数据，按照扫描匹配的算法进行机器人的定位与全局地图的创建和更新。本实施例中，所述传感器系统包括激光雷达和里程计，其中里程计用于记录机器人的行动轨迹，激光雷达用于获取测量的数据。本实施例中，所述上位机还包括统计滤波器；所述统计滤波器用于对扫描到的数据进行滤波处理。本实施例中，所述机械结构平台包括电机驱动器。本实施例中，所述人机交互系统安装有基于MYRIO环境构建软件系统，通过LABVIEW软件编程获取传感器数据，并将数据传输到定位与地图构建模块中，通过地图节点进行定位和建图，并上位机程序界面可视化，实时显示机器人移动过程中构建的环境地图，激光扫描的成像图如图2所示。利用激光扫描匹配技术可以有助于移动机器人完成位姿纠正。在激光扫描匹配过程中，通过调整当前扫描的机器入位姿，搜索当前扫描相对于参考扫描的位置和方向，直到与参考扫描的重叠最大。传感器提供了传感器本身相对于环境中某个环境特征的相对距离和方向，由于激光雷达在其扫描平面上对周围环境是按一定的角度分辨率进行扫描测量的，所以它得到的原始数据都是离散的数据点。根据选用的URG-04LX激光测距仪的工作参数，通过激光测距仪每次扫描可以得到移动机器人前方240°范围的682个数据点的信息，相邻两个数据点间隔约0.36°，这些数据点的信息是以激光测距仪中心为极点的极坐标系表示的，相对于全局坐标系来说是局部传感器坐标系。为了处理的方便，把这些以极坐标表示的数据信息转化为笛卡尔坐标下的数据信息，前面的数据处理都以激光所在位置为原点，激光正对的方向为90°角的，是以激光身为参考系原点的局部坐标系。要建立一个完整的全局地图，需要把多次扫描得到的局部地图融合起来，首先是要把局部坐标转成机器入所在环境的全局坐标系。根据机器人自定位得到的机器人自己的位姿x,y,θ，以及激光安装在机器人上位置相对于机器人中心点，就可以实现局部坐标到全局坐标的转换。扫描匹配之前，当前扫描和参考扫描必须进行预处理。因为扫描数据带有噪声，如高斯噪声、椒盐噪声等。预处理可以对来自于相同物体的测最值进行聚类，清除测量误差，提高匹配算法的进度和鲁棒性。URG-04LX探测距离范围是20mm到5600mm，但是一般认为有效量程是20mm到4000mm。因此，我们可以使用改进统计滤波器对扫描到的数据进行滤波处理，统计滤波器假设离散点云图中每个点与相邻的点之间的距离服从某种统计分布，而奇异点通常是由于外界噪声引起的，而且远离其他密集的离散点集区域，这些点可能是系统噪声或者是环境噪声，这些点不含环境周围的有效信息，可以先剔除掉。假设地图中点Px,y与其最近的k个点p1,p2...pk,的平均距离为d，并且距离d的分布服从均值为μd，方差为σd的高斯分布fd，其中：当d∈μd-2σd,μd+2σd时，认为点P不是奇异点，否则，当d不在这个范围内，则认为点P为奇异点。激光扫描匹配可以使局部的或者是全局的。在实现局部扫描匹配时，两个扫描匹配是机器人的初始估计位姿由行程计给出，对相邻的扫描进行匹配比较，使得两个扫描之间的匹配误差最小；当实现全局扫描匹配算法时，无需提供机器人的初始位姿，直接将当前扫描的地图或者扫描数据库配准。采用改进统计滤波处理算法，进行当前扫描数据与参考扫描数据进行匹配，纠正机器人自定位产生的位移和角度上的累计误差，并在此基础上建立比较精确的大范围全局地图。显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

权利要求：1.一种基于MYRIO平台的移动机器人，其特征在于，所述移动机器人包括传感器系统、人机交互系统、控制系统、驱动系统、机械结构平台和移动机器人-环境交互系统；其中所述传感器系统的输出端与人机交互系统的输入端连接，人机交互系统的输出端与控制系统的输入端连接，控制系统的输出端与驱动系统的输入端连接，驱动系统的输出端与机械结构平台的输入端连接，机械结构平台的输出端与移动机器人-环境交互系统的输入端连接，同时机械结构平台的输出端和移动机器人-环境交互系统的输出端均与传感器系统的输入端连接。2.根据权利要求1所述的一种基于MYRIO平台的移动机器人，其特征在于，所述传感器系统的输出端与人机交互系统的输入端通过USB接口进行连接。3.根据权利要求2所述的一种基于MYRIO平台的移动机器人，其特征在在于，所述传感器系统包括激光雷达和里程计，其中里程计用于记录机器人的行动轨迹，激光雷达用于获取测量的数据。4.权利要求1所述的一种基于MYRIO平台的移动机器人，其特征在于，所述人机交互系统包括上位机；所述上位机包括双核ARMCortex-A9的核心处理器。5.根据权利要求4所述的一种基于MYRIO平台的移动机器人，其特征在于，所述上位机还包括统计滤波器；所述统计滤波器用于对扫描到的数据进行滤波处理。6.根据权利要求1所述的一种基于MYRIO平台的移动机器人，其特征在于，所述机械结构平台包括电机驱动器。7.根据权利要求1所述的一种基于MYRIO平台的移动机器人，其特征在于，所述人机交互系统安装有基于MYRIO环境构建软件系统，通过LABVIEW软件编程获取传感器数据，并将数据传输到定位与地图构建模块中，通过地图节点进行定位和建图，并上位机程序界面可视化，实时显示机器人移动过程中构建的环境地图。

百度查询： 广东工业大学 一种基于MYRIO平台的移动机器人

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD