技术领域
[0001] 本
发明涉及自动化作业技术领域，尤其涉及一种
移动机器人拖挂料车避障的方法和装置。
背景技术
[0002] 随着自动化技术的发展和进步，为了提高生产的效率和准确性，提高工厂、仓库、试验室等工作场合的设备自动化程度势在必行。当前，工作场合内的料车通常采用人
力拖动实现物料的运输和转移，此种方式人力投入多、效率较为低下、重复性工作繁复、而且劳动强度较大。
[0003] 移动机器人是一种根据人类指挥或运行预先设置的程序进行运动的智能化设备，已经逐渐普及开来，因此，人们设计了利用移动机器人拖挂料车移动的方案。在使用时，在移动机器人的后方拖挂料车，利用移动机器人移动带动料车移动。然而，如何能够实时了解拖挂料车的运行路径，以便进行路径规划，进而实现移动机器人以及料车在工厂中的安全运行，是需要解决的问题。
[0004] 针对上述问题，目前采用的解决方案为在料车上安装
角度
传感器，通过角度传感器采集的数据，经过处理后，得知料车的运行路径。此种方案的运用带来了一系列的问题，例如，角度传感器需安装在料车上的旋转部位，然而料车与移动机器人为分离的两个部分，两者之间没有任何电气连接，因此，设置不便；另外，若每一个料车均安装角度传感器，需要配备相应地电源以及其他辅助
电子部件，大大增加使用移动机器人拖挂料车的运行成本。
发明内容
[0005] 针对上述
现有技术中存在的技术问题，本
申请的目的在于提供一种移动机器人拖挂料车避障的系统和方法。
[0006] 为实现本发明的目的，本发明提供的一种移动机器人拖挂料车避障的系统，包括移动机器人、激光
扫描仪以及料车，所述激光扫描仪安装在所述移动机器人上，所述料车通过所述移动机器人牵引运动；所述料车上安装有特征识别板，所述特征识别板与所述激光扫描仪扫描平面齐平，
[0007] 所述激光扫描仪用于测量所述料车与所述移动机器人的距离；
[0008] 所述移动机器人内部设置有
机器人控制系统以及机器人
导航系统，所述机器人控制系统用于在接收所述激光扫描仪发送的距离信息后，解算成所述移动机器人与所述料车的角度信息；
[0009] 所述机器人导航系统用于在接收到所述机器人控制系统发送的角度信息后，根据局部路径规划
算法进行避障。
[0010] 其中，所述激光扫描仪测量激光从发射到接收所述特征识别板反射回来之[0011] 间的飞行时间，并通过TOF原理计算所述料车与所述移动机器人的距离。
[0012] 其中，所述机器人导航系统包括路径规划模
块、障碍物识别模块、预设地图，所述障碍物识别模块用于通过所述激光扫描仪测量障碍物的距离，所述机器人导航系统接收到所述机器人控制系统发送的角度信息后通过蒙特卡洛算法计算所述移动机器人、所述料车、障碍物在所述预设地图中的
位置，通过计算所述预设地图上的所述移动机器人、所述料车与障碍物的距离，路径规划模块根据局部路径规划算法使所述移动机器人及所述料车避开障碍物。
[0013] 其中，还包括机械手，所述机械手安装于所述移动机器人上，所述移动机器人通过所述机械手夹取所述料车并牵引所述料车运动。
[0014] 相应地，本发明还提供了一种移动机器人拖挂料车避障的方法，包括：
[0015] S1.激光扫描仪测量料车与移动机器人的距离并发送给机器人控制系统；
[0016] S2.机器人控制系统根据所述料车与移动机器人的距离解算成角度信息；
[0017] S3.机器人导航系统接收到机器人控制系统发送的角度信息后根据局部路径规划算法进行避障；其中，所述步骤S2具体包括：
[0018] S21.在解算成角度信息前，在激光扫描仪的数据中找到属于料车的距离信息；
[0019] S22.将找到的属于料车的距离信息进行直线拟合；
[0020] S23.计算拟合后的直线与移动机器人的角度；
[0021] 其中，在执行所述步骤S21之前包括：
[0022] S211.以激光扫描仪为中心建立笛卡尔
坐标系；
[0023] S212.将基于激光扫描仪坐标系的数据转换为基于移动机器人中心坐标系的数据；
[0024] S213.将激光扫描仪数据进行区域划分；
[0025] S214.根据特征识别板尺寸信息，找到激光扫描仪数据中属于料车的数据。
[0026] 其中，所述步骤S3具体包括：
[0027] S31.机器人导航系统预设料车的尺寸信息；
[0028] S32.机器人导航系统接收机器人控制系统发送的料车与移动机器人的角度信息；
[0029] S33.机器人导航系统根据料车的尺寸信息、料车与移动机器人的角度信息识别料车的位置；
[0030] S34.局部路径规划算法根据料车的位置进行避障。
[0031] 其中，所述步骤S34进一步包括：
[0032] S341.激光扫描仪测量障碍物的距离；
[0033] S342.机器人导航系统根据障碍物的距离信息识别障碍物的位置；
[0034] S343.机器人导航系统根据料车的位置、障碍物的位置计算障碍物与料车的距离；
[0035] S344.局部路径规划算法根据障碍物与料车的距离进行路径规划，避开障碍物。
[0036] 与现有技术相比，本发明的有益效果为，利用移动机器人内部自身携带的激光扫描仪，通过测量距离信息计算获得角度信息，即可实现避障，无需额外再增加激光扫描仪，
精度高，成本低，且降低了移动机器人、料车的结构复杂度，降低了故障率，保证移动机器人运行的安全。
附图说明
[0037] 图1所示为本申请系统的结构示意图；
[0038] 图2所示为本申请系统的架构图；
[0039] 图3所示为本申请一种移动机器人拖挂料车避障的方法的
流程图；
[0040] 图4所示为本申请一种移动机器人拖挂料车避障的方法
实施例流程图。
具体实施方式
[0041] 以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0042] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。实施例
[0043] 本实施例中一种移动机器人拖挂料车避障的系统，如图1、图2所示：
[0044] 包括移动机器人1、激光扫描仪2、料车5，所述料车5通过所述移动机器人1牵引运动，所述激光扫描仪2安装于所述移动机器人1上，移动机器人1包括机器人控制系统8和机器人导航系统7，所述机器人控制系统8安装于所述移动机器人1内部，所述机器人导航系统7安装于移动机器人1内部。
[0045] 其中，所述料车5上安装有特征识别板4，与激光扫描仪2扫描平面齐平，用于辅助激光扫描仪2测量料车与移动机器人1的距离；
[0046] 其中，所述激光扫描仪2是一种HDDM非
接触式激光扫描仪，通过测量激光从发射到反射回来的飞行时间，根据TOF原理计算物体距离。
[0047] 其中，所述移动机器人1上安装有机械手3，通过机械手3夹紧所述料车5的旋
转轴后，进行牵引运动。
[0048] 其中，机器人导航系统7包括路径规划模块71、障碍物识别模块72、预设地图73。
[0049] 具体的，通过安装于所述移动机器人1上的所述激光扫描仪2测量所述料车5与所述移动机器人1的距离，机器人控制系统8根据所述料车5与移动机器人1的距离解算成角度信息，所述机器人导航系统7通过蒙特卡洛算法计算所述移动机器人1、所述料车5在所述预设地图上的位置，障碍物识别模块72通过所述激光扫描仪2测量障碍物6的距离，计算障碍物6在所述预设地图73上的位置，通过计算所述移动机器人1、所述料车5与障碍物6在所述预设地图73上的距离，路径规划模块71通过局部路径规划算法使所述移动机器人1及所述料车5避开障碍物6。
[0050] 本实施例中，相应地提供了一种移动机器人拖挂料车避障的方法，如图3所示，包括：
[0051] 步骤S1.激光扫描仪测量料车与移动机器人的距离并发送给机器人控制系统；
[0052] 步骤S2.机器人控制系统根据所述料车与移动机器人的距离解算成角度信息；
[0053] 步骤S3.机器人导航系统接收到机器人控制系统发送的角度信息后根据预设算法进行避障。
[0054] 本发明所述移动机器人拖挂料车避障的方法主要包括激光扫描仪数据转换的过程、找到激光扫描仪数据中属于料车的数据过程、将距离信息解算成角度信息的过程以及结合角度信息进行避障的过程，下面进行详细说明，如图4所示。
[0055] 1. 激光扫描仪数据转换的过程：
[0056] S1.1. 以激光扫描仪中心为原点建立笛卡尔坐标系。
[0057] S1.2. 激光扫描仪测量的原始数据为极坐标系下的数据，需要将极坐标系的数据转换为激光扫描仪笛卡尔坐标系的数据，如式1，包括下面两个公式：
[0058]
[0059]
[0060] 其中，θ:被测物体的距离与激光扫描仪极坐标系的夹角；r：激光扫描仪与被测物体的距离；x’:被测物体在激光扫描仪笛卡尔坐标系的X轴坐标值；y’:被测物体在激光扫描仪笛卡尔坐标系的Y轴坐标值。
[0061] S1.3. 将激光扫描仪笛卡尔坐标系的数据转换为移动机器人中心笛卡尔坐标系的数据，如式2，包括下面两个公式：
[0062]
[0063]
[0064] 其中，x’:被测物体在激光扫描仪笛卡尔坐标系的X轴坐标值； y’:被测物体在[0065] 激光扫描仪笛卡尔坐标系的Y轴坐标值；x: 被测物体在移动机器人中心笛卡尔坐标系的X轴坐标值；y: 被测物体在移动机器人中心笛卡尔坐标系的Y轴坐标值；θ’:激光扫描仪与移动机器人中心的夹角，a: 激光扫描仪在移动机器人中心笛卡尔坐标系的X轴坐标值；b: 激光扫描仪在移动机器人中心笛卡尔坐标系的Y轴坐标值。
[0066] 2. 找到激光扫描仪数据中属于料车的数据过程：
[0067] S1.4.激光扫描仪数据区域分割，为了筛选出激光扫描仪数据中属于料车的部分，减少计算量，需对移动机器人激光扫描仪扫描点进行区域划分，划分方法如下：将激光扫描仪扫描点分割成不同的区域，设置
阈值d0，如式3，计算连续的两个扫描点之间的距离d1，如式4，如果连续的两个扫描点之间的距离d1小于阈值d0，则这两个点在同一个区域内，依照此方法划分区域：
[0068] 式3
[0069] 其中， ：激光扫描仪相邻两道激光之间的角度，x: 被测物体在移动机器人[0070] 中心笛卡尔坐标系的X轴坐标值，y: 被测物体在移动机器人中心笛卡尔坐标系的Y轴坐标值。
[0071] 式4
[0072] 其中，d1：相邻两个扫描点的距离；x1: 被测物体在移动机器人中心笛卡尔坐标系的前一个X轴坐标值；y1: 被测物体在移动机器人中心笛卡尔坐标系的前一个Y轴坐标值；x2: 被测物体在移动机器人中心笛卡尔坐标系的当前X轴坐标值；y2: 被测物体在移动机器人中心笛卡尔坐标系的当前Y轴坐标值。
[0073] S1.5. 遍历步骤S1.4的区域，计算每个区域的始末两点之间的距离d2，如[0074] 果d2等于特征识别板的长度d，则进一步计算该区域的中心点到移动机器人中心点的距离d3，如果d3等于特征识别板中心点到移动机器人中心点的距离L，则判断该区域为特征识别板，找到激光扫描仪数据中属于料车的部分数据。
[0075] 3. 将距离信息解算成角度信息的过程：
[0076] S1.6. 将步骤S1.5找到的数据进行直线拟合，用以进行进一步的计算，如式5：
[0077] * = 式5
[0078] 其中， :待拟合数据x轴坐标值的平方和； ：待拟合数
[0079] 据x轴坐标值的和； ：待拟合数据X轴坐标值与Y轴坐标值的乘积；：待拟合数据Y轴坐标值的和；xi: 第i个X轴坐标值；yi: 第i个Y轴坐标值；：
待拟合数据的个数；c: 拟合后的比例；d: 拟合后的常数。
[0080] S1.7. 求拟合后的直线与移动机器人的夹角，如式6：
[0081] 式6
[0082] 其中，K: 直线的斜率；θ1: 拟合后的直线与移动机器人的夹角。
[0083] S1.8. 机器人控制系统将解算后的角度信息发送给机器人导航系统。
[0084] 4. 结合角度信息进行避障的过程：
[0085] S1.9. 机器人导航系统中预设料车的尺寸信息；
[0086] S2.0. 机器人导航系统中加载预设地图；
[0087] S2.1. 机器人导航系统接受机器人控制系统发送的角度信息，结合料车的[0088] 尺寸信息计算料车在预设地图中的位置；
[0089] S2.2. 障碍物识别模块通过激光扫描仪测量障碍物的距离，发送给机器人[0090] 导航系统，通过预设算法计算障碍物在所述预设地图上的位置；
[0091] S2.3. 机器人导航系统计算预设地图上的移动机器人、料车与障碍物的距离；
[0092] S2.4. 路径规划模块根据预设算法使所述移动机器人及所述料车避开障碍[0093] 物，使移动机器人及料车安全运行。
[0094] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
