CN108170145A - 基于激光雷达的机器人避障系统及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于激光雷达的机器人避障系统及其应用方法，该系统包括设置于机器人内部的控制模块和安装在机器人前身的高位置设备和低位置设备，高位置设备包括2D激光雷达，低位置设备包括小型激光雷达，两个激光雷达分别进行高位置和低位置的障碍物探测，检测到障碍物时将障碍物信息发送到控制模块，控制模块控制机器人避开障碍物。本发明通过在安装超声波传感器的位置，安装一个低成本小范围的小型激光雷达，来提高机器人的有效避障性能和避障效率，解决目前机器人无法有效避障的现状。本发明可以配合超声波传感器使用，也可以独立使用，配合超声波传感器使用时，能提高系统对障碍物的响应时间，同时成本增加也可以接受。

Description

基于激光雷达的机器人避障系统及其应用方法

技术领域

本发明涉及变电站机器人、激光雷达的技术领域，尤其涉及基于激光雷达的机器人避障系统及其应用方法。

背景技术

目前，在电力巡检机器人的运动过程中，一般采用2D激光雷达进行环境扫描，建立地图并定位，同时采用超声波传感器来检测障碍物，但是这种机器人避障方式存在问题如下：

第一，2D激光雷达只能测量雷达安装高度处的障碍物，对于低于这个高度的障碍物无法检测；

第二，目前机器人虽然在较低位置(大概0.3米左右)安装超声波传感器，超声波能在一个立体空间内扫描到障碍物，一定程度上弥补了激光雷达壁障的缺陷，但是仍存在致命的不足；超声波有盲区，经常出现漏检误检的问题，同时超声波无法快速响应，从检测到障碍物到机器人做出反应时间较长；当机器人利用超声波传感器探测到障碍物时，因为超声波传感器响应速度慢，使得机器人不能及时作出反应，无法有效避障；或者，当机器人利用超声波传感器没有探测出障碍物，而障碍物又没有达到一定的高度激光雷达无法扫描到障碍物时，更加无法有效避障。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供基于激光雷达的机器人避障系统及其应用方法，旨在解决现有技术的机器人避障方式遇到较低位置的障碍物时响应速度慢或者探测不到障碍物导致无法有效避障的问题。

本发明的目的采用以下技术方案实现：

一种基于激光雷达的机器人避障系统，包括设置于机器人内部的控制模块和安装在机器人前身的高位置设备和低位置设备；其中，

高位置设备包括2D激光雷达；低位置设备包括小型激光雷达；2D激光雷达和小型激光雷达分别与控制模块连接；

2D激光雷达用于：

对障碍物进行探测，检测到障碍物信息并发送到控制模块；

小型激光雷达用于：

对障碍物进行探测，检测到障碍物信息并发送到控制模块；

控制模块用于：

接收到2D激光雷达发送的障碍物信息时控制机器人避开障碍物；

接收到小型激光雷达发送的障碍物信息时控制机器人避开障碍物；

如果没有接收到障碍物信息，则控制机器人正常行驶。

在上述实施例的基础上，优选的，低位置设备还包括超声波传感器；

超声波传感器用于：

对障碍物进行探测，检测到障碍物信息并发送到控制模块；

控制模块还用于：

接收到超声波传感器发送的障碍物消息时，如果没有接收到小型激光雷达发送的障碍物信息，则继续通过超声波传感器对障碍物进行多次探测，确认是否存在障碍物；如果确认存在障碍物，则控制机器人避开障碍物，否则控制机器人正常行驶。

在上述任意实施例的基础上，优选的，高位置设备的离地高度为0.7m。

在上述任意实施例的基础上，优选的，低位置设备的离地高度为0.3m。

在上述任意实施例的基础上，优选的，还包括与控制模块连接的散热模块。

在上述任意实施例的基础上，优选的，还包括与控制模块连接的防雷模块。

在上述任意实施例的基础上，优选的，还包括与控制模块连接的烟火识别模块。

在上述实施例的基础上，优选的，还包括与烟火识别模块连接的报警模块。

一种上述任一项实施例中的基于激光雷达的机器人避障系统的应用方法，包括：

2D激光雷达和小型激光雷达同时启动，开始检测障碍物信息；

如果2D激光雷达检测到障碍物信息，则控制模块控制机器人避开障碍物；

如果小型激光雷达检测到障碍物信息，则控制模块控制机器人避开障碍物；

如果2D激光雷达和小型激光雷达同时没有检测到障碍物信息，则控制模块控制机器人正常行驶。

在上述实施例的基础上，优选的，还包括：

超声波传感器与2D激光雷达、小型激光雷达同时启动：

如果超声波传感器检测到障碍物信息而小型激光雷达没有检测到障碍物信息，则超声波传感器继续进行多次探测，确认是否存在障碍物；如果超声波传感器多次探测后确认存在障碍物，则控制模块控制机器人避开障碍物，否则控制模块控制机器人正常行驶；

如果2D激光雷达、超声波传感器和小型激光雷达同时没有检测到障碍物信息，则控制模块控制机器人正常行驶。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明公开了基于激光雷达的机器人避障系统及其应用方法，该系统包括设置于机器人内部的控制模块和安装在机器人前身的高位置设备和低位置设备，高位置设备包括2D激光雷达，低位置设备包括小型激光雷达，两个激光雷达分别进行高位置和低位置的障碍物探测，检测到障碍物时将障碍物信息发送到控制模块，控制模块控制机器人避开障碍物。本发明通过在安装超声波传感器的位置，安装一个低成本小范围的小型激光雷达，来提高机器人的有效避障性能和避障效率，解决目前机器人无法有效避障的现状。本发明可以配合超声波传感器使用，也可以独立使用，配合超声波传感器使用时，能提高系统对障碍物的响应时间，同时成本增加也可以接受。

本发明能够实现：

1、机器人通过2D激光雷达扫描有效避开较高位置障碍物，同时通过利用超声波传感器和同位置的小型激光雷达扫描较低位置障碍物，来提高机器人避障的效率。因此，本发明解决了机器人一个激光雷达只能扫描一个固定较高平面障碍物的问题，实现了高低两个不同平面(例如高0.7米左右、低0.3米左右)的障碍物扫描，保证有效避障。

2、机器人超声波传感器虽然能够立体探测障碍物，但是存在响应速度慢、漏检、误检率高的问题，通过安装与超声波传感器同位置的小型激光雷达，就能解决此问题。当超声波传感器与小型激光雷达都没有检测到障碍物时，说明没有障碍物存在；当小型激光雷达检测到障碍物时，避开障碍物；当超声波传感器检测到障碍物而小型雷达没有检测到障碍物时，需要超声波传感器多次验证，确认是否有障碍物存在，从而决定机器人的反应，提高机器人避障的效率。这样就弥补了机器人超声波传感器响应速度慢、误检率高的缺点，当超声波没有探测到障碍物时，小型激光雷达可以检测到，也可以实现有效避障；同时解决了小型激光雷达单一平面扫描障碍物的问题，当小型激光雷达没有扫描到障碍物，超声波传感器扫描到了障碍物，可以通过超声波传感器多次扫描确认，同样可以保证有效避障；并且，小范围的激光雷达成本较低，提高避障效率的同时也最大程度的节约成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1示出了本发明实施例提供的一种基于激光雷达的机器人避障系统的模块示意图；

图2示出了本发明实施例提供的一种基于激光雷达的机器人避障系统的结构示意图；

图3示出了本发明实施例提供的一种基于激光雷达的机器人避障系统的应用方法的流程示意图。

图中：1、2D激光雷达；2、超声波传感器；3、小型激光雷达。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

具体实施例一

如图1所示，本发明实施例提供了一种基于激光雷达的机器人避障系统，包括设置于机器人内部的控制模块和安装在机器人前身的高位置设备和低位置设备；其中，

高位置设备包括2D激光雷达；低位置设备包括超声波传感器和小型激光雷达；2D激光雷达、超声波传感器和小型激光雷达分别与控制模块连接；

2D激光雷达用于：

对障碍物进行探测，检测到障碍物信息并发送到控制模块；

小型激光雷达用于：

对障碍物进行探测，检测到障碍物信息并发送到控制模块；

超声波传感器用于：

对障碍物进行探测，检测到障碍物信息并发送到控制模块；

控制模块用于：

接收到2D激光雷达发送的障碍物信息时控制机器人避开障碍物；

接收到小型激光雷达发送的障碍物信息时控制机器人避开障碍物；

接收到超声波传感器发送的障碍物消息时，如果没有接收到小型激光雷达发送的障碍物信息，则继续通过超声波传感器对障碍物进行多次探测，确认是否存在障碍物；如果确认存在障碍物，则控制机器人避开障碍物，否则控制机器人正常行驶；

如果没有接收到障碍物信息，则控制机器人正常行驶。

本系统对高位置设备和低位置设备的离地高度不做限定，优选的，高位置设备的离地高度可以为0.7m；低位置设备的离地高度可以为0.3m。

优选的，本系统还可以包括与控制模块连接的散热模块，用于为控制模块提供散热功能，防止控制模块过热影响性能。

优选的，本系统还可以包括与控制模块连接的防雷模块，用于为系统提供防雷功能。

优选的，本系统还可以包括与控制模块连接的烟火识别模块，用于为系统给提供烟火识别功能。

优选的，本系统还可以包括与烟火识别模块连接的报警模块，用于在烟火识别模块发现烟火险情时，及时进行报警，提醒用户。

本系统中，两个激光雷达分别进行高位置和低位置的障碍物探测，检测到障碍物时将障碍物信息发送到控制模块，控制模块控制机器人避开障碍物。本系统通过在安装超声波传感器的位置，安装一个低成本小范围的小型激光雷达，来提高机器人的有效避障性能和避障效率，解决目前机器人无法有效避障的现状。本系统可以配合超声波传感器使用，也可以独立使用，配合超声波传感器使用时，能提高系统对障碍物的响应时间，同时成本增加也可以接受。

本系统能够实现：

1、机器人通过2D激光雷达扫描有效避开较高位置障碍物，同时通过利用超声波传感器和同位置的小型激光雷达扫描较低位置障碍物，来提高机器人避障的效率。因此，本发明实施例解决了机器人一个激光雷达只能扫描一个固定较高平面障碍物的问题，实现了高低两个不同平面(例如高0.7米左右、低0.3米左右)的障碍物扫描，保证有效避障。

2、机器人超声波传感器虽然能够立体探测障碍物，但是存在响应速度慢、漏检、误检率高的问题，通过安装与超声波传感器同位置的小型激光雷达，就能解决此问题。当超声波传感器与小型激光雷达都没有检测到障碍物时，说明没有障碍物存在；当小型激光雷达检测到障碍物时，避开障碍物；当超声波传感器检测到障碍物而小型雷达没有检测到障碍物时，需要超声波传感器多次验证，确认是否有障碍物存在，从而决定机器人的反应，提高机器人避障的效率。这样就弥补了机器人超声波传感器响应速度慢、误检率高的缺点，当超声波没有探测到障碍物时，小型激光雷达可以检测到，也可以实现有效避障；同时解决了小型激光雷达单一平面扫描障碍物的问题，当小型激光雷达没有扫描到障碍物，超声波传感器扫描到了障碍物，可以通过超声波传感器多次扫描确认，同样可以保证有效避障；并且，小范围的激光雷达成本较低，提高避障效率的同时也最大程度的节约成本。

优选的，本发明实施例的结构可以如图2所示，2D激光雷达1安装在机器人前身的顶部，超声波传感器2和小型激光雷达3安装在机器人前身的中下部。

在上述的具体实施例一中，提供了基于激光雷达的机器人避障系统，与之相对应的，本申请还提供基于激光雷达的机器人避障系统的应用方法。由于方法实施例基本相似于系统实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见系统实施例的部分说明即可。下述描述的方法实施例仅仅是示意性的。

具体实施例二

如图3所示，本发明实施例提供了一种具体实施例一中的基于激光雷达的机器人避障系统的应用方法，包括：

2D激光雷达、超声波传感器和小型激光雷达同时启动，开始检测障碍物信息；

如果2D激光雷达检测到障碍物信息，则控制模块控制机器人避开障碍物；

如果小型激光雷达检测到障碍物信息，则控制模块控制机器人避开障碍物；

如果超声波传感器检测到障碍物信息而小型激光雷达没有检测到障碍物信息，则超声波传感器继续进行多次探测，确认是否存在障碍物；如果超声波传感器多次探测后确认存在障碍物，则控制模块控制机器人避开障碍物，否则控制模块控制机器人正常行驶；

如果2D激光雷达、超声波传感器和小型激光雷达同时没有检测到障碍物信息，则控制模块控制机器人正常行驶。

本发明从使用目的上，效能上，进步及新颖性等观点进行阐述，其具有的实用进步性，己符合专利法所强调的功能增进及使用要件，本发明以上的说明及附图，仅为本发明的较佳实施例而己，并非以此局限本发明，因此，凡一切与本发明构造，装置，待征等近似、雷同的，即凡依本发明专利申请范围所作的等同替换或修饰等，皆应属本发明的专利申请保护的范围之内。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。尽管本发明已进行了一定程度的描述，明显地，在不脱离本发明的精神和范围的条件下，可进行各个条件的适当变化。可以理解，本发明不限于所述实施方案，而归于权利要求的范围，其包括所述每个因素的等同替换。对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于激光雷达的机器人避障系统，其特征在于，包括设置于机器人内部的控制模块和安装在机器人前身的高位置设备和低位置设备；其中，

高位置设备包括2D激光雷达；低位置设备包括小型激光雷达；2D激光雷达和小型激光雷达分别与控制模块连接；

2D激光雷达用于：

对障碍物进行探测，检测到障碍物信息并发送到控制模块；

小型激光雷达用于：

对障碍物进行探测，检测到障碍物信息并发送到控制模块；

控制模块用于：

接收到2D激光雷达发送的障碍物信息时控制机器人避开障碍物；

接收到小型激光雷达发送的障碍物信息时控制机器人避开障碍物；

如果没有接收到障碍物信息，则控制机器人正常行驶。

2.根据权利要求1所述的基于激光雷达的机器人避障系统，其特征在于，低位置设备还包括超声波传感器；

超声波传感器用于：

对障碍物进行探测，检测到障碍物信息并发送到控制模块；

控制模块还用于：

接收到超声波传感器发送的障碍物消息时，如果没有接收到小型激光雷达发送的障碍物信息，则继续通过超声波传感器对障碍物进行多次探测，确认是否存在障碍物；如果确认存在障碍物，则控制机器人避开障碍物，否则控制机器人正常行驶。

3.根据权利要求1或2所述的基于激光雷达的机器人避障系统，其特征在于，高位置设备的离地高度为0.7m。

4.根据权利要求1或2所述的基于激光雷达的机器人避障系统，其特征在于，低位置设备的离地高度为0.3m。

5.根据权利要求1或2所述的基于激光雷达的机器人避障系统，其特征在于，还包括与控制模块连接的散热模块。

6.根据权利要求1或2所述的基于激光雷达的机器人避障系统，其特征在于，还包括与控制模块连接的防雷模块。

7.根据权利要求1或2所述的基于激光雷达的机器人避障系统，其特征在于，还包括与控制模块连接的烟火识别模块。

8.根据权利要求7所述的基于激光雷达的机器人避障系统，其特征在于，还包括与烟火识别模块连接的报警模块。

9.一种权利要求1-8任一项所述的基于激光雷达的机器人避障系统的应用方法，其特征在于，包括：

2D激光雷达和小型激光雷达同时启动，开始检测障碍物信息；

如果2D激光雷达检测到障碍物信息，则控制模块控制机器人避开障碍物；

如果小型激光雷达检测到障碍物信息，则控制模块控制机器人避开障碍物；

如果2D激光雷达和小型激光雷达同时没有检测到障碍物信息，则控制模块控制机器人正常行驶。

10.根据权利要求9所述的基于激光雷达的机器人避障系统的应用方法，其特征在于，还包括：

超声波传感器与2D激光雷达、小型激光雷达同时启动：

如果超声波传感器检测到障碍物信息而小型激光雷达没有检测到障碍物信息，则超声波传感器继续进行多次探测，确认是否存在障碍物；如果超声波传感器多次探测后确认存在障碍物，则控制模块控制机器人避开障碍物，否则控制模块控制机器人正常行驶；

如果2D激光雷达、超声波传感器和小型激光雷达同时没有检测到障碍物信息，则控制模块控制机器人正常行驶。