專利名稱：一種室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航與定位技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航 定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在移動(dòng)機(jī)器人的相關(guān)技術(shù)研究中，導(dǎo)航與定位技術(shù)可以說是其核心技術(shù)，是移動(dòng) 機(jī)器人實(shí)現(xiàn)智能化和完全自主移動(dòng)的關(guān)鍵。對(duì)導(dǎo)航與定位技術(shù)的研究，其目的在于使移動(dòng) 機(jī)器人在無人干預(yù)的條件下使其有沿規(guī)劃的任意路徑移動(dòng)并完成指定的任務(wù)。目前，移動(dòng) 機(jī)器人的導(dǎo)航方式主要有以下幾種(1)尋線導(dǎo)航根據(jù)尋線導(dǎo)航過程中所使用的標(biāo)識(shí)線線類型和傳感器的不同，又有電磁感應(yīng)導(dǎo) 航、磁帶導(dǎo)航和光帶感應(yīng)導(dǎo)航等幾種(a)電磁感應(yīng)導(dǎo)航該導(dǎo)航方式利用傳感器對(duì)鋪設(shè)在地面下的通電導(dǎo)線的感應(yīng)對(duì) 移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行導(dǎo)航與定位，其具有埋線隱蔽，不易污染和破損，抗聲、光干擾能力強(qiáng)，成本 較低；但移動(dòng)機(jī)器人只能沿已鋪設(shè)的路徑運(yùn)動(dòng)，路徑改變困難，不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的自主 化。(b)磁帶導(dǎo)航該導(dǎo)航方式是在地面上鋪設(shè)磁性路徑帶，利用傳感器對(duì)所鋪設(shè)的 磁條進(jìn)行感應(yīng)以實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的導(dǎo)航與定位。其優(yōu)點(diǎn)是靈活性較好，改變或擴(kuò)充路徑 較容易；但鋪設(shè)在地面上的磁性路徑帶易損壞，難維護(hù)，易受路徑周圍金屬物質(zhì)的干擾。(c)光帶感應(yīng)導(dǎo)航該導(dǎo)航方式是通過反射式紅外探測(cè)器或CXD等傳感器通過對(duì) 地面上預(yù)設(shè)的路徑帶的感應(yīng)對(duì)移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行導(dǎo)航與定位，導(dǎo)向用路徑帶設(shè)置成本低，改 變和擴(kuò)充補(bǔ)償容易；但導(dǎo)向線路必須保持清潔。(2)激光導(dǎo)航采用激光導(dǎo)航時(shí)，在一不定高度處張貼3個(gè)以上的反射板即可，無需地面其他輔 助定位標(biāo)識(shí)，移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)路徑設(shè)置靈活，定位精度高，適合于多種環(huán)境，如狹窄通道， 系統(tǒng)兼容性和擴(kuò)展性好；但反射板的張貼有一定的要求，且反射板上的污染物會(huì)影響其定 位精度，最主要的是，成本高，不易普及。(3) GPS衛(wèi)星導(dǎo)航這是目前室外移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)用較廣的導(dǎo)航方式，其無需在地面上鋪設(shè)導(dǎo)航與定位 標(biāo)識(shí)，移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)空間可任意的大，不受地形、地貌的影響；但成本也比較高，另外， 定位用信號(hào)會(huì)受屋頂、樹木等物的影響，定位精度差，其定位信號(hào)在室內(nèi)無法可靠接受，不 適用于室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航定位系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有室內(nèi)移 動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航與定位技術(shù)存在的性價(jià)比低，路徑設(shè)置不靈活的問題。[0013]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為一種室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航定位系統(tǒng)，包括移動(dòng)機(jī) 器人、設(shè)置在移動(dòng)機(jī)器人上的車載控制子系統(tǒng)和位于移動(dòng)機(jī)器人工作空間上方的定位子系 統(tǒng)；車載控制子系統(tǒng)包括設(shè)置在移動(dòng)機(jī)器人上的車載計(jì)算機(jī)、與車載計(jì)算機(jī)連接的無線接 收模塊、分別設(shè)置在移動(dòng)機(jī)器人前后端的第一微處理器和設(shè)置在每個(gè)第一微處理器上的紅 外光發(fā)射器和超聲波發(fā)射器；定位子系統(tǒng)包括上位機(jī)、與上位機(jī)連接的無線發(fā)射模塊和多 個(gè)第二微處理器；多個(gè)第二微處理器呈陣列式分布，組成間距相等的方陣；每個(gè)第二微處 理器上設(shè)置有紅外光接收器和超聲波接收器；紅外光接收器和超聲波接收器用于接收紅外 光發(fā)射器和超聲波發(fā)射器發(fā)出的信號(hào)；上位機(jī)用于采集第二微處理器的信息，并根據(jù)移動(dòng) 機(jī)器人在工作平面上的位置和姿態(tài)角計(jì)算出移動(dòng)機(jī)器人左、右輪在下一控制周期內(nèi)的運(yùn)動(dòng) 量。本實(shí)用新型的有益效果是，本系統(tǒng)采用紅外光和超聲波實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的絕對(duì) 定位。采用此定位系統(tǒng)對(duì)移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行定位，定位誤差不積累，定位精度較高；且無需在 地面上鋪設(shè)任何導(dǎo)航用標(biāo)識(shí)物，對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的工作環(huán)境無特殊要求，路徑規(guī)劃靈活。該系 統(tǒng)還具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、導(dǎo)航與定位可靠、抗各種干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，非常適合使用于 工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)，如FMS和CIMS等中大干擾系統(tǒng)中物流車的導(dǎo)航與定位。

圖1是本實(shí)用新型移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航與定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖；圖2是本實(shí)用新型移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航與定位系統(tǒng)工作原理圖。圖中，1.移動(dòng)機(jī)器人，2.車載計(jì)算機(jī)，3.第一微處理器，4.紅外光發(fā)射器，5.超聲 波發(fā)射器，6.無線接收模塊，7.無線發(fā)射模塊，8.上位機(jī)，9.第二微處理器，10.紅外光接收 器，11.超聲波接收器。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖1所示，本實(shí)用新型提供一種室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括移 動(dòng)機(jī)器人1、設(shè)置在移動(dòng)機(jī)器人1上的車載控制子系統(tǒng)和位于移動(dòng)機(jī)器人1工作空間上方的 定位子系統(tǒng)。車載控制子系統(tǒng)包括設(shè)置在移動(dòng)機(jī)器人1上的車載計(jì)算機(jī)2、與車載計(jì)算機(jī)2連接 的無線接收模塊6、分別設(shè)置在移動(dòng)機(jī)器人1前后端的第一微處理器3和設(shè)置在每個(gè)第一微 處理器3上的紅外光發(fā)射器4和超聲波發(fā)射器5 ；定位子系統(tǒng)包括上位機(jī)8、與上位機(jī)8連接的無線發(fā)射模塊7和多個(gè)第二微處理 器9 ；多個(gè)第二微處理器9呈陣列式分布，組成間距相等的方陣；每個(gè)第二微處理器9上設(shè) 置有紅外光接收器10和超聲波接收器11 ；紅外光接收器10和超聲波接收器11用于接收 紅外光發(fā)射器4和超聲波發(fā)生器5發(fā)出的信號(hào)；上位機(jī)8用于采集第二微處理器9的信息， 并根據(jù)移動(dòng)機(jī)器人1在工作平面上的位置和姿態(tài)角計(jì)算出移動(dòng)機(jī)器人1左、右輪在下一控 制周期內(nèi)的運(yùn)動(dòng)量。本實(shí)用新型的工作原理為移動(dòng)機(jī)器人1開始工作后，車載控制子系統(tǒng)和定位子 系統(tǒng)同時(shí)協(xié)調(diào)工作。移動(dòng)機(jī)器人1在移動(dòng)過程中，設(shè)置在移動(dòng)機(jī)器人1上的車載計(jì)算機(jī)2先控制移動(dòng)機(jī)器人1一端的第一微處理器3上的紅外光發(fā)射器4和超聲波發(fā)射器5同時(shí)發(fā) 射紅外光和超聲波，在間隔一定時(shí)間段后，再控制移動(dòng)機(jī)器人1另一端的第一微處理器3上 的紅外光發(fā)射器4和超聲波發(fā)射器5同時(shí)發(fā)射紅外光和超聲波。如圖2所示，位于移動(dòng)機(jī) 器人1上空的定位子系統(tǒng)中，至少三個(gè)節(jié)點(diǎn)處第二微處理器9的紅外光接收器10和超聲波 接收器11會(huì)相繼接收到紅外光和超聲波。接收到信號(hào)的第二微處理器9 一接收到的紅外 光開始計(jì)時(shí)，當(dāng)接收到超聲波時(shí)停止計(jì)時(shí)，第二微處理器9根據(jù)計(jì)時(shí)時(shí)間和紅外光與超聲 波的速度計(jì)算出該第二微處理器9點(diǎn)距離移動(dòng)機(jī)器人1前端或后端的距離，并將該距離信 息傳送給上位機(jī)8，上位機(jī)8根據(jù)這至少三處第二微處理器9傳送的距離信息，計(jì)算出移動(dòng) 機(jī)器人1前端和后端在工作平面上的坐標(biāo)，由此計(jì)算出移動(dòng)機(jī)器人1中心點(diǎn)在工作面上的 坐標(biāo)和姿態(tài)角。再根據(jù)移動(dòng)機(jī)器人1的下一目標(biāo)點(diǎn)在工作面上的坐標(biāo)計(jì)算出移動(dòng)機(jī)器人1 左、右輪在下一控制周期內(nèi)的控制量(如左、右輪的運(yùn)動(dòng)速度或下一控制周期內(nèi)的位移量)。 上位機(jī)8將移動(dòng)機(jī)器人1的控制量通過無線通訊模塊(無線通訊模塊包括無線發(fā)射模塊7 和無線接收模塊6)傳給車載計(jì)算機(jī)2，車載計(jì)算機(jī)2再根據(jù)接收到的控制量控制移動(dòng)機(jī)器 人1的左、右輪運(yùn)動(dòng)以控制移動(dòng)機(jī)器人1向目標(biāo)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。
權(quán)利要求一種室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括移動(dòng)機(jī)器人(1)、設(shè)置在移動(dòng)機(jī)器人(1)上的車載控制子系統(tǒng)和位于移動(dòng)機(jī)器人(1)工作空間上方的定位子系統(tǒng)；所述的車載控制子系統(tǒng)包括設(shè)置在移動(dòng)機(jī)器人(1)上的車載計(jì)算機(jī)(2)、與車載計(jì)算機(jī)(2)連接的無線接收模塊(6)、分別設(shè)置在移動(dòng)機(jī)器人(1)前后端的第一微處理器(3)和設(shè)置在每個(gè)第一微處理器(3)上的紅外光發(fā)射器(4)和超聲波發(fā)射器(5)；所述的定位子系統(tǒng)包括上位機(jī)(8)、與上位機(jī)(8)連接的無線發(fā)射模塊(7)和多個(gè)第二微處理器(9)；所述多個(gè)第二微處理器(9)呈陣列式分布，組成間距相等的方陣；每個(gè)第二微處理器(9)上設(shè)置有紅外光接收器(10)和超聲波接收器(11)；紅外光接收器(10)和超聲波接收器(11)用于接收紅外光發(fā)射器(4)和超聲波發(fā)射器(5)發(fā)出的信號(hào)；上位機(jī)(8)用于采集第二微處理器(9)的信息，并根據(jù)移動(dòng)機(jī)器人(1)在工作平面上的位置和姿態(tài)角計(jì)算出移動(dòng)機(jī)器人(1)左、右輪在下一控制周期內(nèi)的運(yùn)動(dòng)量。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航定位系統(tǒng)，包括移動(dòng)機(jī)器人、設(shè)置在移動(dòng)機(jī)器人上的車載控制子系統(tǒng)和位于移動(dòng)機(jī)器人工作空間上方的定位子系統(tǒng)；車載控制子系統(tǒng)包括設(shè)置在移動(dòng)機(jī)器人前后端的第一微處理器和設(shè)置在每個(gè)第一微處理器上的紅外光發(fā)射器和超聲波發(fā)生器；定位子系統(tǒng)包括上位機(jī)和多個(gè)第二微處理器；多個(gè)第二微處理器呈陣列式分布，組成間距相等的方陣；每個(gè)第二微處理器上設(shè)置有紅外光接收器和超聲波接收器。本系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是，定位誤差不積累，定位精度較高，對(duì)室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人的工作環(huán)境無特殊要求，路徑規(guī)劃靈活，抗干擾能力強(qiáng)。
文檔編號(hào)B25J5/00GK201659565SQ20102014103
公開日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2010年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月25日
發(fā)明者史恩秀, 孫輝, 楊佳麗, 楊新剛, 王鳴, 高峰, 黃小剛, 黃玉美 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)