本發(fā)明涉及室外自主移動機器人技術，具體是一種具有帶自動穩(wěn)定裝置的激光雷達的室外自主移動機器人。

背景技術：

實時定位與地圖構建是移動機器人實現(xiàn)自主移動的關鍵，現(xiàn)有的技術基本解決了機器人在室內平坦地面上的實時定位與地圖構建，由于室內地面平坦，激光雷達在進行實時定位與地圖構建時干擾小，地圖構建成功率高，實現(xiàn)了移動機器人在室內的自主運行。

但在室外環(huán)境下，由于地面環(huán)境復雜，移動機器人在室外運行時會產生較大的顛簸和震動，在使用激光雷達進行實時定位與地圖構建時，激光雷達姿態(tài)發(fā)生較大變化時會導致地圖構建失敗，機器人無法進行自主移動。使現(xiàn)有的室外自主移動機器人只能在無顛簸環(huán)境下進行實時定位與地圖構建，而在復雜的地形環(huán)境下不能進行地圖構建。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有的移動機器人在震動和顛簸環(huán)境下地圖構建成功率低的問題，本發(fā)明提出了一種具有帶自動穩(wěn)定裝置的激光雷達的室外自主移動機器人，可以在機器人姿態(tài)發(fā)生變化時使得激光雷達的姿態(tài)保持穩(wěn)定。從而使得機器人在室外運行時進行實時定位與地圖構建，實現(xiàn)機器人在室外環(huán)境下的自主移動。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術方案是：

一種具有帶自動穩(wěn)定裝置的激光雷達的室外自主移動機器人，包括無減震裝置的履帶式移動機器人底盤、設置在該底盤上的四自由度機械臂和固定在四自由度機械臂末端的慣性測量單元及激光雷達。

所述無減震裝置的履帶式移動機器人底盤包括移動機器人機體和設置在該機體上的機器人底盤控制器、射頻天線及履帶單元，機體內設有驅動電機、電機驅動器和鋰電池，與履帶單元連接，控制履帶正常運動。

所述四自由度機械臂包括機械臂底座、機械臂第一關節(jié)、機械臂第一連桿、機械臂第二關節(jié)、機械臂第二連桿、機械臂第三關節(jié)、機械臂第三連桿、機械臂第四關節(jié)和機械臂末端支架，機械臂底座一端固定設置在移動機器人機體上，另一端與機械臂第一關節(jié)連接；

機械臂第一關節(jié)通過機械臂第一連桿與機械臂第二關節(jié)連接；

機械臂第二關節(jié)通過機械臂第二連桿與機械臂第三關節(jié)連接；

機械臂第三關節(jié)通過機械臂第三連桿與機械臂第四關節(jié)連接；

機械臂第四關節(jié)與機械臂末端支架連接。

所述慣性測量單元和激光雷達分別設置在機械臂末端支架上、下端，并分別與機器人底盤控制器連接，通過機器人底盤控制器控制慣性測量單元測量機器人本體姿態(tài)。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

1.可以使用激光雷達完成室外不平坦路面環(huán)境下的自主移動機器人的實時定位與地圖構建；

2.運行平穩(wěn)：通過機器人自身和機械臂末端的慣性測量單元得到姿態(tài)信息，控制機械臂保持激光雷達姿態(tài)穩(wěn)定；

3.適應性強：一般室外移動機器人平臺只能完成平坦路面下的實時定位與地圖構建，本發(fā)明可以使得機器人在復雜路面環(huán)境下完成地圖構建。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例：室外自主移動機器人在平坦路面狀態(tài)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例：室外自主移動機器人在縱向顛簸狀態(tài)示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例：室外自主移動機器人在橫向顛簸狀態(tài)示意圖。

具體實施方式

如圖1所述，本發(fā)明具有帶自動穩(wěn)定裝置的激光雷達的室外自主移動機器人，由無減震裝置的履帶式移動機器人底盤，四自由度機械臂，固定在機械臂末端的慣性測量單元和激光雷達組成。其中：

無減震裝置的履帶式移動機器人底盤由機器人底盤控制器12，射頻天線13，移動機器人機體14，右側履帶單元15，左側履帶單元16組成。其中機器人底盤控制器12中包含機器人控制器和測量機器人本體姿態(tài)的慣性測量單元；移動機器人機體14中包括一般移動機器人的零部件，包含金屬結構零件，驅動電機，電機驅動器，鋰電池等，能使履帶正常運動。右側履帶單元15和左側履帶單元16分別包括一條橡膠履帶，一個履帶驅動輪，一個導向輪，若干支撐輪和連接結構件等常規(guī)橡膠履帶單元。

四自由度機械臂結構包括通過機械臂底座11，機械臂第一關節(jié)10，機械臂第一連桿1，機械臂第二關節(jié)2，機械臂第二連桿3，機械臂第三關節(jié)4，機械臂第三連桿5，機械臂第四關節(jié)6，機械臂末端支架8。四自由度機械臂通過機械臂底座11固定在移動機器人底盤中的移動機器人機體14上。機械臂底座11另一端與機械臂第一關節(jié)連接；

機械臂第一關節(jié)10通過機械臂第一連桿1與機械臂第二關節(jié)2連接；

機械臂第二關節(jié)2通過機械臂第二連桿3與機械臂第三關節(jié)4連接；

機械臂第三關節(jié)4通過機械臂第三連桿5與機械臂第四關節(jié)6連接；

機械臂第四關節(jié)6與機械臂末端支架8連接。

固定在機械臂末端的慣性測量單元是慣性測量單元7安裝在四自由度機械臂中的機械臂末端支架8上。

激光雷達9安裝在四自由度機械臂中的機械臂末端支架8下方。

當機器人在運行之前首先需要初始化機器人的姿態(tài)，將機器人放置于水平地面，機械臂的初始位置設置在當機器人底盤在水平狀態(tài)時機械臂第一關節(jié)10相對垂直方向旋轉角度A，使得機械臂第一連桿1與垂直方向呈角度A；機械臂第二關節(jié)2相對于機械臂第一連桿1所指方向旋轉角度B，機械臂第二連桿3與機械臂第一連桿1所指方向呈角度B；機械臂第三關節(jié)4相對于機械臂第二連桿3所指方向旋轉角度C，使得機械臂第三連桿5與機械臂第二連桿3所指方向呈角度C；機械臂第四關節(jié)6相對于機械臂第三連桿5旋轉角度D，初始狀態(tài)D為0；此時得到機械臂末端支架8相對于移動機器人底盤旋轉中心的縱向距離為h，與地面距離為d，如圖2所示。

由于室外地面環(huán)境復雜，機器人在行進過程中會遇到顛簸，如果障礙物使得機器人發(fā)生縱向傾斜時，如圖3所示。機器人在行進過程中需要越過縱向障礙物O，導致機器人底盤相對于地面的縱向傾斜角度為Q。安裝在移動機器人底盤上的12機器人底盤控制器中的慣性測量單元和固定在機械臂末端的慣性測量單元是慣性測量單元7能分別檢測到機器人底盤和四自由度機械臂中機械臂末端支架8的姿態(tài)變化，通過校正算法計算得到控制指令，機器人底盤控制器12控制調整機械臂中每個關節(jié)的旋轉角度，使得機械臂末端支架8的姿態(tài)保持穩(wěn)定，從而使得激光雷達9相對于原始地面距離d和移動機器人底盤旋轉中心的縱向距離h保持不變。

如圖4所示，如果障礙物使得機器人發(fā)生橫向傾斜時，機器人在行進過程中一側履帶需要越過縱向障礙物O1而另一側履帶不需要翻越障礙物，導致機器人底盤相對于地面的橫向傾斜角度為Q1。安裝在移動機器人底盤上的12機器人底盤控制器中的慣性測量單元和固定在機械臂末端的慣性測量單元是慣性測量單元7能分別檢測到機器人底盤和四自由度機械臂中機械臂末端支架8的姿態(tài)變化，通過校正算法計算得到控制指令，機器人底盤控制器12控制調整機械臂中每個關節(jié)的旋轉角度，使得機械臂末端支架8的姿態(tài)保持穩(wěn)定，從而使得激光雷達9相對于原始地面距離d和移動機器人底盤旋轉中心的縱向距離h保持不變。

機器人在室外運行時遇到的地面障礙通常為復合型不規(guī)則障礙物，導致的機器人底盤傾斜都可以拆分為縱向傾斜和橫向傾斜，通過上述兩種實例的復合，機器人在室外運行時能夠保證激光雷達9相對于原始地面距離d和移動機器人底盤旋轉中心的縱向距離h保持不變。從而使得機器人可以穩(wěn)定的實時定位與地圖構建。