一种自主导航设备
阅读：30发布：2024-01-07
专利汇可以提供一种自主导航设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种自主导航设备，该自主导航设备包括：设备主体和 驱动轮 主体，驱动轮主体和设备主体通过 轴承 机械连接；至少一个 位置 传感器 ，安装在设备主体上，用于生成位置传感信息；至少一个环境探测传感器，安装在设备主体表面，用于生成环境传感信息；相对 角 度偏差传感器，安装在驱动轮主体上，用于生成驱动轮主体与设备主体的相对角度信息；第一处理器用于根据位置传感信息、环境传感信息和相对角度信息生成路径信息；驱动模 块 用于使驱动轮主体的 电机 旋转，实现了降低自主导航设备的维护成本，以及提高在场景中应用的灵活性、智能化、准确性和实用性的效果。(ESM)同样的 发明 创造已同日 申请 发明 专利，下面是一种自主导航设备专利的具体信息内容。
1.一种自主导航设备，其特征在于，包括：
设备主体；
驱动轮主体，所述驱动轮主体和所述设备主体通过轴承机械连接；
至少一个位置传感器，安装在所述设备主体上，包括位置信息输出端，用于生成位置传感信息；
至少一个环境探测传感器，安装在所述设备主体表面，包括环境信息输出端，用于生成环境传感信息；
相对角度偏差传感器，安装在所述驱动轮主体上，包括相对角度信息输出端，用于生成所述驱动轮主体与所述设备主体的相对角度信息；
第一处理器，包括多个位置传感信息输入端、多个环境信息输入端、相对角度信息输入端和路径信息输出端，所述位置传感信息输入端与所述位置信息输出端电连接，所述环境信息输入端与所述环境信息输出端电连接，所述相对角度信息输入端与所述相对角度信息输出端电连接，用于根据所述位置传感信息、所述环境传感信息和所述相对角度信息生成路径信息；
驱动模块，包括路径信息输入端，所述路径信息输入端与所述路径信息输出端电连接，用于驱动所述驱动轮主体的电机旋转。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述位置传感器包括：
航向角传感器，包括航向角信息输出端，用于生成所述设备主体的航向角信息；
里程传感器，包括里程信息输出端，用于生成所述设备主体的里程信息；
第二处理器，包括第一集成输入端、第二集成输入端和集成信息输出端，所述第一集成输入端与所述航向角信息输出端电连接，所述第二集成输入端与所述里程信息输出端电连接，用于集成所述航向角信息和所述里程信息，生成并向所述第一处理器发送集成传感信息；
所述第一处理器还包括：
集成信息输入端，与所述集成信息输出端电连接，用于接收所述集成传感信息；所述第一处理器还用于根据所述集成传感信息、所述环境传感信息和所述相对角度信息构建场景地图以及生成路径信息。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述环境探测传感器包括：
激光雷达，包括远距离环境信息输出端，用于生成远距离环境传感信息；
至少一个超声波传感器，包括近距离环境信息输出端，用于生成近距离环境传感信息。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一处理器还包括：
定位模块，包括位置信息输入端和定位信息输出端，所述位置信息输入端与所述位置信息输出端电连接，用于根据所述位置传感信息生成定位信息；
建图模块，包括多个建图环境信息输入端、建图相对角度信息输入端、建图定位输入端和建图信息输出端，所述建图环境信息输入端与所述环境信息输出端电连接，所述建图相对角度信息输入端与所述相对角度信息输出端电连接，所述建图定位输入端与所述定位信息输出端电连接，用于构建场景地图信息；
路径学习模块，包括场景地图输入端和学习路径输出端，所述场景地图输入端与所述建图信息输出端电连接，用于根据所述场景地图信息和预设目标地点生成规划路径信息；
导航模块，包括规划路径输入端、定位点信息输入端、目标点输入端和导航信息输出端，所述规划路径输入端与所述学习路径输出端电连接，所述定位点信息输入端与所述定位信息输出端电连接，所述导航信息输出端与所述路径信息输入端电连接，用于生成所述路径信息。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一处理器还包括：
避障模块，包括避障范围输入端、障碍物信息输入端和避障输出端，所述障碍物信息输入端与所述环境信息输出端电连接，所述避障输出端与所述驱动模块电连接，用于根据避障范围预设值和环境传感信息生成避障指令；
所述驱动模块还包括：避障信息输入端；
所述避障信息输入端与所述避障输出端电连接，用于根据所述避障指令驱动所述自主导航设备减速或停止。
一种自主导航设备
技术领域
[0001] 本实用新型实施例涉及自主导航技术领域，尤其涉及一种自主导航设备。
背景技术
[0002] 自主导航设备不依赖外部信息，能够确定自身所处的相对位置和行驶方向，并沿着既定的导引路径自由行使。由于自主导航设备具有自动化和智能化程度高的优势，在机器人和无人搬运车等智能服务行业得到了越来越多的关注。
[0003] 目前，自主导航设备多采用电磁导航、磁带导航、视觉导航或反射板激光导航等。虽然采用这些导航方法能够实现自主导航，但是需要在场景中铺设导引线、磁条或者反射板等辅助工具进行辅助定位。因此，在现有技术中，不仅需要对自主导航设备本身进行维护，还需要对场景中的导引线、磁条或者反射板等进行维护，维护成本较高。另外，对场景中的路径变更或对路径进行扩充的工作量较大，需要耗费较大的人力和物力。
实用新型内容
实用新型内容
[0004] 本实用新型提供一种自主导航设备，以降低自主导航设备的维护成本，提高在场景中应用的灵活性、智能化、准确性和实用性。
[0005] 本实用新型实施例提供了一种自主导航设备，包括：
[0006] 设备主体；
[0009] 至少一个环境探测传感器，安装在所述设备主体表面，包括环境信息输出端，用于生成环境传感信息；
[0010] 相对角度偏差传感器，安装在所述驱动轮主体上，包括相对角度信息输出端，用于生成所述驱动轮主体与所述设备主体的相对角度信息；
[0011] 第一处理器，包括多个位置传感信息输入端、多个环境信息输入端、相对角度信息输入端和路径信息输出端，所述位置传感信息输入端与所述位置信息输出端电连接，所述环境信息输入端与所述环境信息输出端电连接，所述相对角度信息输入端与所述相对角度信息输出端电连接，用于根据所述位置传感信息、所述环境传感信息和所述相对角度信息生成路径信息；
[0013] 本实用新型通过设置自主导航设备包括设备主体和驱动轮主体，驱动轮主体和设备主体通过轴承机械连接，能够使自主导航设备在使用和运行过程中，更加灵活地进行转弯和掉头等运行方式。设置至少一个位置传感器和至少一个环境探测传感器，无需在场景中铺设导引线、磁条或者反射板等辅助工具进行辅助定位，使得该自主导航设备更加智能化，同时省去了对导引线、磁条或者反射板等进行维护的成本。另外，可以通过对要对自主导航设备本身进行设置对场景中的路径变更或对路径进行扩充，解决了对现有自主导航设备进行路径变更存在的工作量较大、耗费人力和物力的问题。设置相对角度偏差传感器可以保持设备主体和驱动轮主体的一致性，准确地计算自主导航设备所处的环境和位置，以及准确计算出该自主导航设备的路径信息，从而避免因驱动轮主体与设备主体存在偏差而导致的自主导航设备的运行路径错误的问题。综上，本实施例的技术方案，降低了自主导航设备的维护成本，提高了在场景中应用的灵活性、智能化、准确性和实用性。附图说明
[0014] 图1为本实用新型实施例一提供的一种自主导航设备的机械结构示意图；
[0015] 图2为本实用新型实施例一提供的一种自主导航设备的结构示意图；
[0016] 图3为本实用新型实施例二提供的一种自主导航设备的结构示意图；
[0017] 图4为本实用新型实施例三提供的一种自主导航设备的结构示意图；
[0018] 图5为本实用新型实施例四提供的一种自主导航设备的控制方法的流程示意图。
具体实施方式
[0019] 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
[0020] 实施例一
[0021] 图1为本实用新型实施例一提供的一种自主导航设备的机械结构示意图，图2为本实用新型实施例一提供的一种自主导航设备的结构示意图。参见图1，该自主导航设备包括：设备主体10和驱动轮主体20，驱动轮主体20和设备主体10通过轴承机械连接。驱动轮主体20通过电机驱动其运行，进而驱动设备主体10运行。
[0022] 参见图1和图2，该自主导航设备还包括：
[0023] 至少一个位置传感器110，安装在设备主体10上，包括位置信息输出端111，用于生成位置传感信息。
[0024] 至少一个环境探测传感器120，安装在设备主体10表面，包括环境信息输出端121，用于生成环境传感信息。
[0025] 相对角度偏差传感器210，安装在驱动轮主体20上，包括相对角度信息输出端211，用于生成驱动轮主体20与设备主体10的相对角度信息。
[0026] 第一处理器140，包括多个位置传感信息输入端141、多个环境信息输入端142、相对角度信息输入端143和路径信息输出端144，位置传感信息输入端141与位置信息输出端111电连接，环境信息输入端142与环境信息输出端121电连接，相对角度信息输入端143与相对角度信息输出端211电连接，用于根据位置传感信息、环境传感信息和相对角度信息生成路径信息。
[0027] 驱动模块150，包括路径信息输入端151，路径信息输入端151与路径信息输出端144电连接，用于使驱动轮主体20的电机旋转。
[0028] 其中，位置传感器110是指将物体的移动角度和移动里程转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的传感器。环境探测传感器120是指以发射激光束或者超声波来探测环境目标的位置、速度等特征量，以及通过接收机再把从环境目标反射回来的脉冲信号还原成电脉冲的传感器。相对角度偏差传感器210是指是将角位移信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的传感器。
[0029] 该自主导航设备的工作过程为，安装在设备主体10上的位置传感器110能感受设备主体10的位置并转换成位置传感信息，输出至第一处理器140。与此同时，安装在设备主体10表面的环境探测传感器120能够探测设备主体10周围的环境情况，并转换成环境传感信息，输出至第一处理器140。安装在驱动轮主体20上的相对角度偏差传感器210能够检测驱动轮主体20和设备主体10的相对角度偏差，并转换成相对角度信息，输出至第一处理器140。第一处理器140根据接收到的位置传感信息、环境传感信息和相对角度信息，准确计算出该自主导航设备所处的位置，以及应该航行的方向，从而生成路径信息。路径信息是指，该自主导航设备应该前行的角度、距离或者速度等信息。驱动模块150根据该路径信息，控制驱动轮主体20的电机旋转。驱动轮主体20通过轴承带动设备主体10按照指定的路线运行。
[0030] 本实施例的技术方案，通过设置自主导航设备包括设备主体10和驱动轮主体20，驱动轮主体20和设备主体10通过轴承机械连接，能够使自主导航设备在使用和运行过程中，保证自主导航设备具有更大的负载能力情况下，更加灵活地进行转弯和掉头等运行方式。设置至少一个位置传感器110和至少一个环境探测传感器120，无需在场景中铺设导引线、磁条或者反射板等辅助工具进行辅助定位，使得该自主导航设备更加智能化，同时省去了对导引线、磁条或者反射板等进行维护的成本。另外，可以通过对要对自主导航设备本身进行设置对场景中的路径变更或对路径进行扩充，解决了对现有自主导航设备进行路径变更存在的工作量较大、耗费人力和物力的问题。再者，由于环境探测传感器120需要向自主导航设备以外的环境中发射激光或超声波等探测信息，设置至少一个环境探测传感器120安装在设备主体10表面，方便环境探测传感器120的信息采集，有利于准确采集设备主体10的环境传感信息。由于在自主导航设备的运行过程中，设备主体10和驱动轮主体20可能会存在一定的角度偏差，若不考虑该偏差的影响，自主导航设备的场景建图和运行路径会发生偏差。这是因为，位置传感器110和环境探测传感器120生成的位置传感信息和环境传感信息是针对设备主体10的位置生成的，第一处理器140生成的路径信息也是针对设备主体10生成的。然而驱动模块150驱动的是驱动轮主体20的电机旋转，控制的是驱动轮主体20的运行方向。设置相对角度偏差传感器210可以保持设备主体和驱动轮主体的一致性，准确地计算自主导航设备所处的环境和位置，以及准确计算出该自主导航设备的路径信息，从而避免因驱动轮主体20与设备主体10存在偏差而导致的自主导航设备的运行路径错误的问题。综上，本实施例的技术方案，降低了自主导航设备的维护成本，提高了在场景中应用的灵活性、智能化、准确性、稳定性和实用性。
[0031] 需要说明的是，本实施例的自主导航设备可以是无人搬运车、扫地机或者智能机器人，本实用新型对此不作限制。
[0033] 激光雷达160包括远距离环境信息输出端161，用于生成远距离环境传感信息。超声波传感器170包括近距离环境信息输出端171，用于生成近距离环境传感信息。这样设置可以增加对周围环境信息探测的准确性。
[0035] 继续参见图1，可选地，激光雷达160安装在设备主体10的顶部位置，有利于激光雷达160探测自主导航设备的远距离的环境情况。超声波传感器170安装在激光雷达160的下方，有利于探测自主导航设备的近距离的环境情况。
[0036] 实施例二
[0037] 图3为本实用新型实施例二提供的一种自主导航设备的结构示意图。参见图3，在上述实施例的基础上，位置传感器110还可以包括：航向角传感器180、里程传感器190和第二处理器240。
[0038] 航向角传感器180包括航向角信息输出端181，用于生成设备主体10的航向角信息。该航向角传感器180可以探测自主导航设备运行过程中的航向角度。该航向角传感器180例如可以是陀螺仪。本实用新型不对航向角传感器180进行限制，能提供航向角信息的航向角传感器均在本实用新型的保护范围之内。
[0039] 里程传感器190，包括里程信息输出端191，用于生成设备主体10的里程信息。该里程传感器190可以探测自主导航设备运行过程中的移动里程，与航向角传感器180配合，能够准确计算出自主导航设备在场景中所处的位置。该里程传感器190例如可以是里程计。本实用新型不对里程传感器190进行限制，能提供里程信息的里程传感器均在本实用新型的保护范围之内。
[0040] 第二处理器240包括第一集成输入端241、第二集成输入端242和集成信息输出端243，第一集成输入端241与航向角信息输出端181电连接，第二集成输入端242与里程信息输出端191电连接，用于集成航向角信息和里程信息，生成并向第一处理器140发送集成传感信息。
[0041] 第一处理器140还包括：集成信息输入端144。集成信息输入端144与集成信息输出端243电连接，用于接收集成传感信息；第一处理器140还用于根据集成传感信息、环境传感信息和相对角度信息构建场景地图以及生成路径信息。
[0042] 本实施例提供的技术方案，通过设置航向角传感器180和里程传感器190，可以准确地计算出自主导航设备在场景中所处的位置。以及，本实施例提供的技术方案，通过设置第二处理器240集成航向角信息和里程信息，生成并向第一处理器140发送集成传感信息，本实施例提供的技术方案可以进行分模块实现，便于每个独立功能模块的调试，增加了技术方案实施的便捷性和系统运行的稳定性。
[0043] 可选地，第二处理器和驱动处理器可以集成在一个芯片或者电路板上，也可以分立设置。
[0044] 实施例三
[0045] 图4为本实用新型实施例三提供的一种自主导航设备的结构示意图。参见图4，在上述各实施例的基础上，第一处理器140还包括：定位模块145、建图模块146、路径学习模块147和导航模块148。
[0046] 定位模块145包括位置信息输入端541和定位信息输出端542，位置信息输入端541与位置信息输出端111电连接，用于根据位置传感信息生成定位信息。
[0047] 建图模块146，包括多个建图环境信息输入端641、建图相对角度信息输入端642、建图定位输入端644和建图信息输出端643，建图环境信息输入端641与环境信息输出端121电连接，建图相对角度信息输入端642与相对角度信息输出端211电连接，建图定位输入端644与定位信息输出端542电连接，用于构建场景地图信息。
[0048] 建图模块146利用环境探测传感器输出的环境传感信息，结合定位模块计算自主导航设备运行的定位信息，利用即时定位与地图构建算法(simultaneous localization and mapping，slam)对自主导航设备工作的环境进行扫描，在运行过程中进行场景增量建图。定位模块145和建图模块146可以同时工作，实现边定位边场景增量建图。
[0049] 其中，环境传感信息可以为探测的点云数据。点云数据是指通过扫描周围环境信息而得到的具体角度、距离等参数值。
[0050] 路径学习模块147，包括场景地图输入端741和学习路径输出端743，场景地图输入端741与建图信息输出端643电连接，用于根据场景地图信息和预设目标地点生成规划路径信息。
[0051] 根据建图模块146输出的场景地图信息，以及根据自主导航设备的工作需求要到达的地点和预定运行的路径，定位规划路径的初始位置。保存该初始位置为路径轨迹点0，在预定运行的路径上使自主导航设备运行一定距离后，保存该位置为路径轨迹点1。依次运行多段距离，分别保存轨迹点2、3…n。上述路径轨迹点组成的规划路径，即完成路径学习规划。在实际应用中，可以根据场景地图信息合理设置路径轨迹点的数量。例如，若预定运行的路径中的转弯较多，可以适当增加路径轨迹点的数量。又如，预定运行的路径的距离较短，可以适当减少路径轨迹点的数量。
[0052] 导航模块148，包括规划路径输入端841、定位点信息输入端842、目标点输入端844和导航信息输出端843，规划路径输入端841与学习路径输出端743电连接，定位点信息输入端842与定位信息输出端542电连接，导航信息输出端843与路径信息输入端151电连接，用于生成路径信息。
[0053] 当目标点输入端844接到工作模式命令后，根据规划路径信息、定位点信息以及目标点信息，导航模块148按照规划路径信息进行工作路径规划。然后根据该工作路径规划以及环境传感信息匹配场景地图信息，进行实时定位以及生成路径信息。
[0054] 继续参见图4，第一处理器140还可以包括：避障模块149，包括避障范围输入端943、障碍物信息输入端941和避障输出端942，障碍物信息输入端941与环境信息输出端121电连接，避障输出端942与驱动模块电连接，用于根据避障范围预设值和环境传感信息生成避障指令。
[0055] 驱动模块150还包括：避障信息输入端152；避障信息输入端152与避障输出端942电连接，用于根据避障指令驱动自主导航设备减速或停止。这样设置使得自主导航设备能够避免与障碍物相撞，提高自主导航设备的安全性。
[0056] 实施例四
[0057] 图5为本实用新型实施例四提供的一种自主导航设备的控制方法的流程示意图，该主导航方法具体包括如下步骤：
[0058] 步骤S1、位置传感器根据设备主体移动位置获取位置传感信息。
[0059] 步骤S2、环境探测传感器根据场景中的环境情况，获取环境传感信息。
[0060] 步骤S3、相对角度偏差传感器根据自主导航设备中驱动轮主体和设备主体的角度偏差，获取相对角度信息。
[0061] 步骤S4、第一处理器根据环境传感信息和相对角度信息，构建场景地图以及生成路径信息。
[0062] 步骤S5、驱动模块根据路径信息，使驱动轮主体的电机旋转。
[0063] 本实用新型提供的自主导航方法通过位置传感器根据设备主体移动位置获取位置传感信息和环境探测传感器根据场景中的环境情况获取环境传感信息，无需在场景中铺设导引线、磁条或者反射板等辅助工具进行辅助定位，使得该自主导航设备更加智能化，同时省去了对导引线、磁条或者反射板等进行维护的成本。另外，可以通过对要对自主导航设备进行设置对场景中的路径变更或对路径进行扩充，解决了对现有自主导航设备进行路径变更存在的工作量较大、耗费人力和物力的问题。相对角度偏差传感器根据自主导航设备中驱动轮主体和设备主体的角度偏差，获取相对角度信息，可以保持设备主体和驱动轮主体的一致性，准确地计算自主导航设备所处的环境和位置，以及准确计算出该自主导航设备的路径信息，从而避免因驱动轮主体与设备主体存在偏差而导致的自主导航设备的运行路径错误的问题。综上，本实施例的技术方案，降低了自主导航设备的维护成本，提高了在场景中应用的灵活性、智能化、准确性和实用性。
[0064] 在上述技术方案的基础上，该自主导航方法还可以包括：
[0065] 航向角传感器根据设备主体的航向角，获取航向角信息。
[0066] 里程传感器根据设备主体的移动里程，获取里程信息。
[0067] 第二处理器集成航向角信息和里程信息，生成并向第一处理器发送集成传感信息。
[0068] 第一处理器根据集成传感信息、位置传感信息、环境传感信息和相对角度信息构建场景地图以及生成路径信息。
[0069] 在上述各技术方案的基础上，环境探测传感器还可以包括：
[0070] 激光雷达根据设备主体的远距离环境状况，获取远距离环境传感信息。
[0071] 超声波传感器根据设备主体的近距离环境状况，获取近距离环境传感信息。
[0072] 在上述各技术方案的基础上，第一处理器还包括：
[0073] 定位模块根据位置传感信息生成定位信息。
[0074] 建图模块根据位置传感信息、环境传感信息和相对角度信息，构建场景地图信息。
[0075] 路径学习模块根据场景地图信息和预设目标地点，获取规划路径信息。
[0076] 导航模块根据规划路径信息、定位点信息和目标点信息，获取路径信息。
[0077] 在上述各技术方案的基础上，该自主导航方法还可以包括：
[0078] 避障模块根据避障范围预设值和环境传感信息，获取避障指令；
[0079] 驱动模块根据避障指令驱动自主导航设备减速或停止。
[0080] 在建图模块构建场景地图信息、路径学习模块获取规划路径信息以及导航模块获取路径信息的过程中，环境探测传感器实时检测避障范围内的障碍物。当障碍物与自主导航设备的距离小于避障范围预设值时，向驱动模块发送避障指令，驱动模块驱动自主导航设备减速或停止。
[0081] 可选地，可以设置多个避障范围预设值，实现多级避障防护。例如，可以设置第一避障范围预设值和第二避障范围预设值，第一避障范围预设值小于第二避障范围预设值。当环境探测传感器检测到障碍物与自主导航设备的距离小于第一避障范围预设值时，驱动模块驱动自主导航设备停止，当环境探测传感器检测到障碍物与自主导航设备的距离大于第一避障范围预设值时，驱动模块驱动自主导航设备恢复运行。当环境探测传感器检测到障碍物与自主导航设备的距离小于第二避障范围预设值时，驱动模块驱动自主导航设备停止，当环境探测传感器检测到障碍物与自主导航设备的距离大于第二避障范围预设值时，驱动模块驱动自主导航设备恢复原运行速度。
[0082] 可选地，由于超声波传感器只能探测以及生成近距离环境传感信息，可以设置超声波传感器检测到障碍物时，驱动模块驱动自主导航设备停止。
[0083] 注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。
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