自主定位导航设备、定位导航方法及自主定位导航系统

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所属分类:AGV专利检索
摘要

本发明的目的是提供一种自主定位导航设备,包括:第一传输装置与所述宿主设备的底层装置进行数据通信,以获取底层定位导航相关信息和发送用于控制所述宿主设备运动的运动控制命令;第二传输装置与所述宿主设备的上层装置进行数据通信,以获取上层定位导航相关信息和发送用于所述宿主设备进行业务逻辑分析的运动相关逻辑数据;处理装置获取若干传感信息、所述底层定位导航相关信息和所述上层定位导航相关信息,并生成所述运动相关逻辑数据和所述运动控制命令。能够降低与宿主设备的耦合度、提高灵活度,并使宿主设备具有更简洁、清晰的设备构成,极大的降低了具有自主定位导航设备的宿主设备的开发难度和时间周期,能够使宿主设备的体积化更小。

技术领域

本发明涉及机器人领域,尤其涉及一种定位导航的技术。

自主定位导航设备、定位导航方法及自主定位导航系统

背景技术

自主定位导航功能是实现服务机器设备实用化的关键,它允许机器人在没有人为辅助的情况下,自主地通过传感器数据构建出所在环境的地图信息,并实时进行环境位置的定位。进一步的,利用构建的地图数据和位置信息进行导航,机器人需要智能的规划处路径前往任务规定的目标地点,并且有效的规避环境中的行人、家具等障碍物。

目前上述自主定位导航功能在业内是分别通过同步定位导航算法(SLAM,Simul taneous localization and mapping)以及运动规划(Motion Planning)算法进行实现。同步定位导航算法允许机器人在任意未知环境中通过特定传感器数据,边建立地图的同时边实时定位,是目前自主定位导航中最为有效的算法。而为了让机器人展开行动,就需要采用某种运动规划算法进行机器人运动轨迹的规划并在行动中让机器人动态的规避各种障碍物,安全抵达目的地。

然而,目前在服务机器人中直接运行上述算法存在较多的挑战。首先,由于这类算法与机器人本身的实现存在高度耦合性,目前世面上尚不存在一个通用的,在不做出修改即可运行在任意机器人中的现成算法实现。这就导致机器人开发人员必须针对不同的机器人重新设计开发上述的同步定位导航和运动规划算法。然而,要实现这类算法要求开发人员具有比较深厚的理论功底,并且实现过程复杂繁琐耗时,因此只有少数的有实力厂家和学术机构有能力直接在自家机器人当中有效的使用自主定位导航算法。ROS(Robot Operating System)是目前行业内对这类通用型算法实现做的一次尝试,它将各算法模块作为独立接口的模块,方便开发人员使用。但由于ROS仅仅是软件层面的系统,并且不具有与具体机器人系统底层和上层协作的能力,因此它并不能缓解上述对于这类算法的使用难度问题。另一方面,由于这类算法自身的复杂性,目前即使主流的计算机系统在运行这类算法时也具有较大的负载压力。而要将这类算法高效的运行于采用较低运算性能的嵌入式计算系统的服务机器人当中,就必须要要求开发人员对现有的算法做出一定的优化实现,这更进一步的加大了直接使用这类算法的难度。其次,为了进行地图绘制、实时定位以及障碍物规避,开发人员必须为机器人配备多种传感器,用于给上述算法提供数据。而各类传感器的性能差异,校正效果的好坏也很大的影响着导航定位算法的执行效果。

由于上述现状,目前自主定位导航功能难以被广大的服务机器人中所采用。如今世面上出现的具有自主定位导航的机器人往往被大型实力企业和研究机构占领,并且由于系统的高度耦合性和异化,导致目前的机器人软件系统难以在不同机器人之间重复使用,这极大的阻碍了服务机器人的产业化进程。

为解决该现状最直接的途径是将定位导航功能实现为独立的模块化系统,将广大服务机器人开发人员的工作负担从重复实现导航定位算法中解放出来。然而,现有的实现难以在可扩展灵活性与外部系统耦合度之间找到平衡点。对于可以快速整合进入机器人的导航定位设备,往往功能较为固定单一,用户难以在其基础上扩展出自身所需要的功能。而具有较大扩展灵活度的设备,也会因为与机器人系统存在较大的外部依赖,在整合过程中存在很大的技术难度。

产生该问题的根源在于这类定位导航算法对于不同机器人平台中的传感器配置、机器人外形尺寸、驱动模式都具有很大的依赖度。即自主定位导航设备与机器人宿主设备存在很高的耦合度。这种耦合度将导致作为宿主的机器人系统的开发人员需要为适配一个自主定位导航设备做出较多的准备工作。此外,由于机器人的具体工作行为是受该机器人的用途定义的,比如清扫机器人要求在运动规划算法能够进行沿着墙壁边沿行走随后进行弓字形往复行走的路径规划模式,而一个安防巡逻机器人却要求机器人以尽可能少的代价对环境完成一次巡逻任务。目前尚没有一个自主定位导航设备可以很好的处理这种业务逻辑的差异化。

发明内容

本发明的一个目的是提出高度模块化的自主定位导航设备、并基于自主定位导航设备实现定位导航方法及基于所述自主定位导航设备实现的自主定位导航系统,以降低自主定位导航设备对宿主设备的依赖、并提高自身的可扩展性。

为实现上述目的,根据本申请一方面提供的一种自主定位导航设备,所述自主定位导航设备用于对宿主设备进行定位导航,所述自主定位导航设备包括:第一传输装置、第二传输装置和处理装置;其中,

所述第一传输装置与所述宿主设备的底层装置进行数据通信,以获取底层定位导航相关信息和发送用于控制所述宿主设备运动的运动控制命令;

所述第二传输装置与所述宿主设备的上层装置进行数据通信,以获取上层定位导航相关信息和发送用于所述宿主设备进行业务逻辑分析的运动相关逻辑数据;

所述处理装置获取若干传感信息、所述底层定位导航相关信息和所述上层定位导航相关信息,并生成所述运动相关逻辑数据和所述运动控制命令。

根据本申请另一方面提供的一种利用自主定位导航设备进行定位导航的方法,其中,所述自主定位导航设备用于对宿主设备进行定位导航,所述自主定位导航设备包括处理装置、第一传输装置和第二传输装置;其中,所述方法包括:

A所述第一传输装置从所述宿主设备的底层控制装置获取底层定位导航相关信息,所述第二传输装置从所述宿主设备的上层控制装置获取上层定位导航相关信息;

B所述处理装置获取若干传感信息、所述底层定位导航相关信息和所述上层定位导航相关信息,并生成用于控制所述宿主设备运动的运动控制命令和用于所述宿主设备进行业务逻辑分析的运动相关逻辑数据;

C所述第一传输装置将所述运动控制命令发送至所述宿主设备的底层控制装置,所述第二传输装置将所述运动相关逻辑数据发送至所述宿主设备的上层控制装置。

根据本申请再一方面提供的一种定位导航的方法,其中,所述方法包括:

a获取宿主设备的底层定位导航相关信息和上层定位导航相关信息;

b获取若干传感信息,并对若干所述传感信息进行预处理和预融合;

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