基於紅外頂標傳感器的移動機器人行走系統的製作方法

2023-05-04 16:21:26 1

本發明涉及機器人控制技術領域，具體的說是基於紅外頂標傳感器的移動機器人行走系統。

背景技術：

目前，基於尋磁的機器人導航方式依然是很多移動機器人的主要導航方式，需要在現場環境下鋪設一條寬度約為2cm的黑色磁條線，這種方式一方面影響實際的美觀，另一方面會由於機器人的機械等機構方面問題，會使得機器人經常找不到磁條線，導致機器人「出軌」而停止運行，基於目前的這種缺陷，迫切需要一種方式去升級這種導航方式。

技術實現要素：

為解決上述問題，本發明提供一種基於紅外頂標傳感器的移動機器人行走系統。

一種基於紅外頂標傳感器的移動機器人行走系統，包括機器人，機器人上載有紅外頂標傳感器和控制器，用來實時定位和導航。機器人前端和後端均安裝有避障傳感器，實現實時避障作用。機器人上還安裝有語音模塊，實現人機互動和語音播放等提示功能。所述控制器通過無線通信模塊連接有移動平臺調度系統,控制器與紅外頂標傳感器相連，通過紅外頂標傳感器獲知機器人的位置，並將實際位置坐標轉換到移動平臺調度系統的移動平臺坐標系中，所述移動平臺調度系統包括一臺實時顯示模塊，用於顯示機器人所在位置；所述控制器內置機器人路徑導航算法，用以計算機器人到達指定點的最佳路徑，通過無線通信模塊，移動平臺調度系統可以實時發送控制指令給控制器，進而實現對機器人的控制。

機器人採用無刷電機帶動，實現機器人的行走與轉向。

所述移動平臺調度系統作為服務端，機器人作為客戶端，機器人通過TCP或者UDP協議通信，可以實現多機器人連接同一移動平臺。

移動平臺調度系統運行Android或IOS作業系統，可編程性強，且移動性強，可實現實時控制、觀測以及調試。

紅外頂標傳感器運行單ID的Map模式。

機器人路徑導航算法運行Floyd最短路徑算法，Floyd路徑算法計算量小，動態性好，並實時計算最短路徑。

所述控制系統的晶片選擇arm7晶片，作業系統為Linux。

無線通信模塊選擇wifi通信方式。

使用時，將機器人路徑規划算法、坐標系轉換算法安裝到移動平臺調度系統中，移動平臺調度系統顯示機器人實時位置，並將機器人控制指令通過無線通訊模塊傳遞至機器人，機器人通過紅外頂標傳感器等傳感器來實現機器人自主定位與導航，通過避障傳感器防止碰撞，並通過語音模塊實現交互，機器人的運行依靠機器人控制器中的控制算法限定。

本發明的有益效果是：

本發明通過紅外頂標傳感器實時獲得機器人坐標，通過和上位機移動平臺調度系統wifi通信，實時交互和控制，機器人通過獲取到的坐標和角度信息，不斷的調整自身姿態，通過從移動平臺調度系統獲取到的路徑信息，調整姿態和獲取路徑信息一致，雖然採集和生成路徑為可行走且無障礙物路徑，但是為了防止人為的障礙物，機器人還裝有避障傳感器，當避障傳感器檢測到障礙物時，會停止運行並語音提示，防止機器人擦碰障礙物。增加了機器人的智能性。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖1為本發明的系統連接關係示意圖；

圖2為本發明的路徑展示圖。

具體實施方式

為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面對本發明進一步闡述。

如圖1、圖2所示，首先，利用紅外頂標傳感器8建立整個活動空間的全局坐標，具體建立過程詳情參考紅外頂標傳感器手冊。

建立好全局坐標系後，需要讓機器人在整個空間走動一遍，並記錄機器人需要經過的點，這些點主要是機器人需要轉換角度或者停止的點，而非全部點。記錄點的相應坐標，以及移動到下一點需要轉動的角度信息。

其次，利用坐標系轉換關係，將記錄的坐標點生成移動客戶端屏幕坐標，並依據記錄拓撲圖生成路徑圖，並顯示在移動端上，可以很直觀的判斷生成的拓撲圖是否合理，顯示後如圖2。同時通過機器人路徑規划算法4初始化移動平臺的路徑生成系統，並計算最短路徑矩陣。

當機器人啟動時，通過無線通信模塊2將紅外頂標傳感器8計算出的機器人坐標實時傳輸到移動平臺調度系統1，通過坐標系轉換算法6將實際坐標系轉換成屏幕坐標系，並通過機器人位置實時顯示模塊7顯示在移動平臺調度系統1。

當需要讓機器人3移動到指定目標點位置時，首先通過路徑規划算法4計算出最適合的路徑，之後通過機器人控制指令5，通過無線通信模塊2發送對應的路徑信息到達機器人3，機器人3通過機器人控制算法11實現對機器人的控制，控制機器人沿著一定的方向和速度前進，當機器人3在移動過程中，如果遇到障礙物，避障傳感器9會檢測到相應的障礙物，由於在記錄相應點的時候，相應的路徑一定是可行的路徑，所以由避障傳感器檢測到的應該都是人為障礙物，所以可以通過語音模塊10，可以實現語音提示障礙物離開，並通過語音模塊10與機器人實現人機互動。

本發明採取基於紅外頂標傳感器的紅外頂標方式可以有效達到目前需求，紅外頂標傳感器擁有技術成熟，定位精度高(重複定位精度2cm，角度精度1度)，是室內高精度定位的方案的可靠之選。這種方式使用方法為：在天花板上粘貼上固定的紅外反射頂標，給定參考點坐標作為(0,0)點並建立全局的坐標系，機器人可以通過獲得自己當前坐標與目的坐標來控制機器人的運動。

依靠紅外頂標傳感器等傳感器來實現機器人自主定位與導航，其原理是紅外頂標傳感器通過不斷的讀取頂標並計算出機器人所在位置，來實現的定位，通過控制中心，判斷並指定機器人下一步需要到達的位置，機器人利用自身的控制算法結合相應的傳感器，最終來實現機器人的定位行走。

以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。