專(zhuān)利名稱(chēng)：巡檢機(jī)器人室內(nèi)外自主導(dǎo)航系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種巡檢機(jī)器人室內(nèi)外自主導(dǎo)航系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
巡檢機(jī)器人是一種廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)、港口、物流基地等場(chǎng)所的重要設(shè)備。通過(guò)在可移動(dòng)車(chē)體上配置CCD攝像機(jī)、條形碼閱讀器、激光傳感器等多種傳感器，可以在車(chē)體移動(dòng)的同時(shí)對(duì)周?chē)h(huán)境進(jìn)行感知，實(shí)現(xiàn)貨物和設(shè)備的巡檢。目前，巡檢機(jī)器人已逐漸成為物流、倉(cāng)儲(chǔ)、電力等行業(yè)重要的自動(dòng)化設(shè)備，起著越來(lái)越重要的作用。目前，典型的巡檢機(jī)器人普遍采用巡線方式進(jìn)行區(qū)域遍歷，完成巡檢任務(wù)。該方式需在任務(wù)區(qū)域預(yù)先埋設(shè)電纜線或繪制路線，機(jī)器人才能夠沿著預(yù)先設(shè)置的路徑行進(jìn)，完成給定任務(wù)。該方式的不足之處在于，一旦機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)的環(huán)境發(fā)生了改變，就需要對(duì)路徑進(jìn)行重新布置，極大的增加了使用者的工作強(qiáng)度，造成自動(dòng)化巡檢系統(tǒng)對(duì)環(huán)境依賴(lài)性強(qiáng)、靈活性差等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，適應(yīng)現(xiàn)實(shí)需要，提供一種巡檢機(jī)器人室內(nèi)外自主導(dǎo)航系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
一種巡檢機(jī)器人室內(nèi)外自主導(dǎo)航系統(tǒng)，包括行走控制單元，行走決策單元，功能任務(wù)單元，所述行走控制單元包括用于計(jì)算里程的光電編碼盤(pán)和驅(qū)動(dòng)巡檢機(jī)器人行進(jìn)的直流有刷電機(jī)，還包括直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；所述行走決策單元包括用于感知周?chē)h(huán)境的位置傳感器、GPS接收裝置、激光傳感器、射頻傳感器，所述各傳感器和GPS接收裝置均與行走控制工控機(jī)連接，所述行走控制工控機(jī)與所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過(guò)串口連接；所述功能任務(wù)單元包括條形碼閱讀器和各攝像頭，還包括人際交互計(jì)算機(jī)，所述條形碼閱讀器和各紅外攝像頭均與所述人機(jī)交互計(jì)算機(jī)連接，所述人際交互計(jì)算機(jī)與行走決策單元的行走控制工控機(jī)通過(guò)網(wǎng)口映射連接。所述自主導(dǎo)航系統(tǒng)以四輪小車(chē)作為各硬件的載體。本發(fā)明的有益效果在于
成本低，容易實(shí)現(xiàn)，維護(hù)簡(jiǎn)單，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明
實(shí)施例參見(jiàn)圖1。
一種巡檢機(jī)器人室內(nèi)外自主導(dǎo)航系統(tǒng)，包括行走控制單元，行走決策單元，功能任務(wù)單元，所述行走控制單元包括用于計(jì)算里程的光電編碼盤(pán)11和驅(qū)動(dòng)巡檢機(jī)器人行進(jìn)的直流有刷電機(jī)12，還包括直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器I ;
所述行走決策單元包括用于感知周?chē)h(huán)境的位置傳感器21、GPS接收裝置22、激光傳感器23、射頻傳感器24，所述各傳感器和GPS接收裝置均與行走控制工控機(jī)2連接，所述行走控制工控機(jī)2與所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器I通過(guò)串口連接；
所述功能任務(wù)單元包括條形碼閱讀器31和各攝像頭，主要為CXD攝像頭32和紅外攝像頭33，還包括人際交互計(jì)算機(jī)3，所述條形碼閱讀器31、CXD攝像頭32和紅外攝像頭33均與所述人機(jī)交互計(jì)算機(jī)3連接，所述人際交互計(jì)算機(jī)3與行走決策單元的行走控制工控機(jī)2通過(guò)網(wǎng)口映射連接。直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器I采用若比特直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，可以將光電編碼盤(pán)11讀數(shù)采集回來(lái)，并通過(guò)RS232串口發(fā)送給行走控制工控機(jī)2。采用嵌入式工控機(jī)做行走控制計(jì)算機(jī)，并通過(guò)位置傳感器21、GPS接收裝置22、激光傳感器23、射頻傳感器24的數(shù)據(jù)采集周?chē)h(huán)境信息進(jìn)行定位導(dǎo)航，行走控制工控機(jī)2通過(guò)串口向直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器I發(fā)出行走指令，在行走過(guò)程中，條形碼閱讀器31、(XD攝像頭32、紅外攝像頭33隨時(shí)進(jìn)行巡檢信息的采集，將采集到的信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給工作人員。室內(nèi)定位采用被動(dòng)式坐標(biāo)定位技術(shù)，位置傳感器21選用StarGazer位置傳感器，利用紅外反光技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)全天候的定位。該技術(shù)具有成本低，容易實(shí)現(xiàn)，維護(hù)簡(jiǎn)單，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。
室外定位由于室外環(huán)境大多屬于公共場(chǎng)所，并遠(yuǎn)比室內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，因此室內(nèi)定位算法無(wú)法照搬到室外環(huán)境。針對(duì)室外環(huán)境定位的特殊性，目前通用的方法是采用商業(yè)GPS定位，GPS接收裝置22可以實(shí)時(shí)獲取自身所在的位置和航向角信息?？紤]到GPS接收裝置22可能會(huì)由于高建筑的遮擋存在信號(hào)不穩(wěn)定情況，當(dāng)短時(shí)間內(nèi)無(wú)法得到GPS信號(hào)時(shí)，采用慣導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航，當(dāng)接收到GPS信號(hào)后，系統(tǒng)再由慣導(dǎo)導(dǎo)航切換到GPS導(dǎo)航。由于GPS的定位精度往往不高，通常達(dá)到米級(jí)誤差。為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人從室外到室內(nèi)的完全自動(dòng)導(dǎo)航，還需要室內(nèi)外導(dǎo)航過(guò)程進(jìn)行過(guò)渡，也即需要室內(nèi)外之間的定位銜接。結(jié)合室內(nèi)編碼標(biāo)簽輔助定位的思想，采用射頻傳感器24輔助定位可提高室外定位精度，即并實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外銜接。室內(nèi)外地圖構(gòu)建巡檢機(jī)器人可通過(guò)簡(jiǎn)單的人為示教來(lái)構(gòu)建地圖。首先，機(jī)器人借助SLAM方法或絕對(duì)坐標(biāo)方法進(jìn)行定位，然后在人為示教模式下，遍歷工作區(qū)域，利用車(chē)體光電編碼盤(pán)讀數(shù)和激光測(cè)距儀反饋數(shù)據(jù)，利用地圖匹配和構(gòu)建算法即可構(gòu)建導(dǎo)航地圖。在構(gòu)建地圖過(guò)程中可將障礙物所在像素顏色設(shè)為黑色，其它設(shè)為白色。導(dǎo)航地圖可按比例尺設(shè)置保存為bmp圖片格式，在每次機(jī)器人啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)加載。為了便于在導(dǎo)航過(guò)程中進(jìn)行全局規(guī)劃，還可以對(duì)地圖添加一定的屬性，如增加不同場(chǎng)所的地點(diǎn)屬性和道路屬性等，從而降低控制系統(tǒng)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的精度需求，提高運(yùn)動(dòng)控制和避障處理的靈活性。自動(dòng)避障由于采用了相對(duì)定標(biāo)的幾何地圖構(gòu)建方式，簡(jiǎn)化地圖的表達(dá)形式，降低了機(jī)器人軌跡跟蹤的智能要求，而將自主導(dǎo)航需求轉(zhuǎn)化為空間相對(duì)位置的幾何計(jì)算和避障處理過(guò)程。在路徑規(guī)劃方面，采用了融合模糊邏輯和人工勢(shì)場(chǎng)函數(shù)的模糊控制器，很好地解決了已知環(huán)境中存在未知?jiǎng)討B(tài)障礙的規(guī)劃問(wèn)題，較大地提高了運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的效率，可以使得規(guī)劃路徑隨著機(jī)器人位置的變化而實(shí)時(shí)更新。所述自主導(dǎo)航系統(tǒng)以四輪小車(chē)作為各硬件的載體，將各硬件集成于四輪小車(chē)上，方便操作，四輪小車(chē)在圖中未示出。本發(fā)明的實(shí)施例公布的是較佳的實(shí)施例，但并不局限于此，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，極易根據(jù)上述實(shí)施例，領(lǐng)會(huì)本發(fā)明的精神，并做出不同的引申和變化，但只要不脫離本發(fā)明的精神，都在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種巡檢機(jī)器人室內(nèi)外自主導(dǎo)航系統(tǒng)，包括行走控制單元，行走決策單元，功能任務(wù)單元，氣特征在于所述行走控制單元包括用于計(jì)算里程的光電編碼盤(pán)和驅(qū)動(dòng)巡檢機(jī)器人行進(jìn)的直流有刷電機(jī)，還包括直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；所述行走決策單元包括用于感知周?chē)h(huán)境的位置傳感器、GPS接收裝置、激光傳感器、射頻傳感器，所述各傳感器和GPS接收裝置均與行走控制工控機(jī)連接，所述行走控制工控機(jī)與所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過(guò)串口連接；所述功能任務(wù)單元包括條形碼閱讀器和各攝像頭，還包括人際交互計(jì)算機(jī)，所述條形碼閱讀器和各紅外攝像頭均與所述人機(jī)交互計(jì)算機(jī)連接，所述人際交互計(jì)算機(jī)與行走決策單元的行走控制工控機(jī)通過(guò)網(wǎng)口映射連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巡檢機(jī)器人室內(nèi)外自主導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于所述自主導(dǎo)航系統(tǒng)以四輪小車(chē)作為各硬件的載體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種巡檢機(jī)器人室內(nèi)外自主導(dǎo)航系統(tǒng)，包括行走控制單元，行走決策單元，功能任務(wù)單元，行走控制單元包括用于計(jì)算里程的光電編碼盤(pán)和驅(qū)動(dòng)巡檢機(jī)器人行進(jìn)的直流有刷電機(jī)，還包括直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；行走決策單元包括用于感知周?chē)h(huán)境的位置傳感器、GPS接收裝置、激光傳感器、射頻傳感器，各傳感器和GPS接收裝置均與行走控制工控機(jī)連接，行走控制工控機(jī)與所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過(guò)串口連接；功能任務(wù)單元包括條形碼閱讀器和各攝像頭，還包括人際交互計(jì)算機(jī)，條形碼閱讀器和各紅外攝像頭均與所述人機(jī)交互計(jì)算機(jī)連接，人際交互計(jì)算機(jī)與行走控制工控機(jī)通過(guò)網(wǎng)口映射連接。本發(fā)明成本低，容易實(shí)現(xiàn)，維護(hù)簡(jiǎn)單，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。
文檔編號(hào)G05D1/02GK103064416SQ20121052711
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月10日
發(fā)明者白俊杰, 周繼強(qiáng), 鞏立艷, 張坤, 韋虎, 路巍 申請(qǐng)人:江西洪都航空工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司