本發(fā)明涉及服務機器人技術領域，尤其涉及一種基于GPS的自主行進機器人。

背景技術：

隨著科技的發(fā)展，機器人越來越多的走進人們的生活中，在機器人導航領域GPS有著重大的作用。以往的GPS導航大部分應用在計算機平臺及Wince系統(tǒng)下。

計算機平臺耗電高、體積大，對于機器人的體積及續(xù)航能力存在很大的限制。而Wince系統(tǒng)近幾年第三方軟件少，移植難度大，使得服務類機器人的用戶體驗大大下降。

因此，開發(fā)一種能夠自主行進的機器人亟待解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

基于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于GPS的自主行進機器人。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，提供一種基于GPS的自主行進機器人，包括導航、機器人控制器、電機驅動器和電機，其中，

所述導航，用于指引方向及規(guī)劃路線，并與外部交互信息；

所述機器人控制器，用于接收導航發(fā)送指令，并根據(jù)所述導航所發(fā)送的指令發(fā)送控制信息給所述電機驅動器；

所述電機驅動器，用于接收所述機器人控制器所發(fā)送的控制信息，并與所述電機通信，控制所述電機轉動；

所述電機，用于帶動機器人行進。

優(yōu)選地，所述導航包括路線設計模塊，所述路線設計模塊根據(jù)目的地及機器人當前位置，計算行進路徑。

優(yōu)選地，所述機器人包括電子羅盤；所述導航還包括初始方向設定模塊，所述初始方向設定模塊根據(jù)所述電子羅盤的方向和所述行進路徑，計算自轉角度。

優(yōu)選地，所述導航發(fā)送行進命令至所述機器人控制器，所述機器人控制器根據(jù)所述行進命令控制機器人前進；且所述機器人控制器根據(jù)所述機器人行進距離反饋重新定位指令并發(fā)送至所述導航。

優(yōu)選地，所述導航包括判斷模塊，所述判斷模塊接收所述重新定位指令，并判斷機器人是否在行進路線上；所述導航根據(jù)判斷結果執(zhí)行導航或行進路徑重新規(guī)劃。

優(yōu)選地，所述機器人還包括兩個激光傳感器，所述激光傳感器分別設置在所述機器人左右兩端。

優(yōu)選地，所述機器人還包括兩個第一聲納，所述第一聲納用于防跌落檢測；所述第一聲納分別設置在所述機器人前端左右角的底部。

優(yōu)選地，所述第一聲納采用W型試探法進行防跌落檢測。

優(yōu)選地，所述機器人還包括四個第二聲納，所述第二聲吶用于機器人避障檢測；所述第二聲吶分別設置在所述機器人的四角。

優(yōu)選地，所述機器人還包括校正模塊，所述校正模塊根據(jù)固定間隔重新測算導航方向，并根據(jù)導航方向進行方向校正。

區(qū)別于現(xiàn)有技術，上述基于GPS的自主行進機器人，機器人控制器，接收導航發(fā)送指令，并控制電機驅動器根據(jù)導航發(fā)送指令行進，通過機器人上的導航設備，下達到達某目的地的行進指令，導航設備計算出到達目的地的最佳路徑，并發(fā)送行進或轉向指令給機器人控制器，控制機器人向目的地行進。

【附圖說明】

圖1為本發(fā)明一個實施例中基于GPS的自主行進機器人的機器人轉彎示意圖。

圖2為本發(fā)明一個實施例中基于GPS的自主行進機器人的機器人防跌落示意圖。

圖3為本發(fā)明一個實施例中基于GPS的自主行進機器人的機器人防跌落路線圖。

圖4為本發(fā)明一個實施例中基于GPS的自主行進機器人的機器人轉向示意 圖。

【具體實施方式】

為詳細說明本發(fā)明的技術內容、構造特征、所實現(xiàn)目的及效果，以下結合實施方式并配合附圖詳予說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用來限定本發(fā)明。

一種基于GPS的自主行進機器人，包括導航、機器人控制器、電機驅動器和電機。

上述導航，用于指引方向及規(guī)劃路線，并與外部交互信息；上述機器人控制器，用于接收導航發(fā)送指令，并根據(jù)導航所發(fā)送的指令發(fā)送控制信息給電機驅動器；上述電機驅動器，用于接收所述機器人控制器所發(fā)送的控制信息，并與所述電機通信，控制所述電機轉動；上述電機，用于帶動機器人行進。

本發(fā)明的基于GPS的自主行進機器人，機器人控制器，接收導航發(fā)送指令，并控制電機驅動器根據(jù)導航發(fā)送指令行進，通過機器人上的導航設備，下達到達某目的地的行進指令，導航設備計算出到達目的地的最佳路徑，并發(fā)送行進或轉向指令給機器人控制器，控制機器人向目的地行進。

實施例1

本發(fā)明實施例1提供一種基于GPS的自主行進機器人，包括導航、機器人控制器、電機驅動器和電機。

其中，該導航，用于對機器人進行指引方向及規(guī)劃路線，并與外部交互信息；機器人控制器，用于接收導航發(fā)送指令，并控制所述電機驅動器根據(jù)導航發(fā)送指令行進；電機驅動器，用于與電機通信，接收機器人行進控制指令并控制電機轉動；電機，用于在電機驅動器的控制下帶動機器人行進。

進一步優(yōu)化方案中，上述導航包括路線設計模塊，該路線設計模塊根據(jù)目的地及機器人當前位置，計算行進路徑。具體地，該路線設計模塊可以集成在導航軟件內，并配置有地圖；使用者可在地圖上搜索或點擊設定機器人目的地；路線設計模塊根據(jù)目的地和機器人當前所在的位置，計算最佳的行進路徑。

可優(yōu)選的，還包括觸摸屏，該觸摸屏為10.1寸并與導航連接，使用者通過 觸摸屏查看行進路徑，并當確認無誤后，啟動機器人，使機器人根據(jù)規(guī)劃行進路徑前往目的地。

實施例2

相比于實施例1而言，本發(fā)明實施例2提供一種基于GPS的自主行進機器人，進一步地，上述導航還包括初始方向設定模塊，上述機器人包括電子羅盤。具體地，

一種基于GPS的自主行進機器人，包括導航、機器人控制器、電機驅動器和電機。

導航，用于對機器人進行指引方向及規(guī)劃路線，并與外部交互信息；機器人控制器，用于接收導航發(fā)送指令，并控制所述電機驅動器根據(jù)導航發(fā)送指令行進；電機驅動器，用于與電機通信，接收機器人行進控制指令并控制電機轉動；電機，用于在電機驅動器的控制下帶動機器人行進。

其中，導航還包括初始方向設定模塊，機器人還包括電子羅盤。基于此，初始方向設定模塊根據(jù)電子羅盤的方向和所述行進路徑，計算自轉角度；該自轉角度通過CAN發(fā)送至機器人控制器，機器人控制器使機器人完成該轉向任務，并反饋指令完成信息至導航。

在計算自轉角度前，還可以執(zhí)行電子羅盤校準步驟：具體地，通過機器人自轉一圈，以完成電子羅盤的校準。

實施例3

本發(fā)明實施例3提供一種基于GPS的自主行進機器人，包括導航、機器人控制器、電機驅動器和電機。

導航，用于對機器人進行指引方向及規(guī)劃路線，并與外部交互信息；機器人控制器，用于接收導航發(fā)送指令，并控制所述電機驅動器根據(jù)導航發(fā)送指令行進；電機驅動器，用于與電機通信，接收機器人行進控制指令并控制電機轉動；電機，用于在電機驅動器的控制下帶動機器人行進。

其中，導航發(fā)送行進命令并發(fā)送至機器人控制器，機器人控制器控制機器 人前進；機器人行進一定距離，機器人控制器反饋重新定位指令并發(fā)送至導航，可以設定的是該距離為20米。

進一步優(yōu)化方案中，導航還包括判斷模塊，該判斷模塊接收到傳送至導航的重新定位指令，判斷機器人是否在行進路線上；導航根據(jù)判斷結果執(zhí)行導航或行進路徑重新規(guī)劃，如果在路線上則繼續(xù)導航，如果不在路線上則重新規(guī)劃行進路徑，直到到達目的地。

實施例4

本發(fā)明實施例4提供一種基于GPS的自主行進機器人，包括導航、機器人控制器、電機驅動器和電機。

導航，用于對機器人進行指引方向及規(guī)劃路線，并與外部交互信息；機器人控制器，用于接收導航發(fā)送指令，并控制所述電機驅動器根據(jù)導航發(fā)送指令行進；電機驅動器，用于與電機通信，接收機器人行進控制指令并控制電機轉動；電機，用于在電機驅動器的控制下帶動機器人行進。

該機器人還包括兩個激光傳感器，上述激光傳感器分別設置在機器人左右兩端。通過上述兩激光傳感器設置，實現(xiàn)機器人轉向。

具體地，當機器人距離轉彎路口不足20米時，啟動轉彎模式。如向左轉則開啟左側激光傳感器，如向右轉則開啟右側激光傳感器。如圖1所示，當激光傳感器探測到連續(xù)80厘米長、10米寬的范圍內無障礙，則進行轉彎。轉向下一條路的方向，轉向完成后繼續(xù)直行。

如在行進過程中，前方無法通行，則轉向原來的方向，并重復執(zhí)行轉彎模式，直到導航GPS定位已通過路口，進行重新路徑規(guī)劃。

實施例5

本發(fā)明實施例5提供一種基于GPS的自主行進機器人，包括導航、機器人控制器、電機驅動器和電機。

導航，用于對機器人進行指引方向及規(guī)劃路線，并與外部交互信息；機器人控制器，用于接收導航發(fā)送指令，并控制所述電機驅動器根據(jù)導航發(fā)送指令 行進；電機驅動器，用于與電機通信，接收機器人行進控制指令并控制電機轉動；電機，用于在電機驅動器的控制下帶動機器人行進。

上述機器人還包括兩個第一聲納，該第一聲納用于防跌落檢測；第一聲納分別設置在機器人前端左右角的底部，以檢測并防止機器人跌落危險，并引導機器人走出跌落路段。

進一步優(yōu)化方案中，該第一聲納采用W型試探法進行防跌落檢測，以引導機器人走出跌落路段。

具體地，該第一聲納分別安裝在機器人前端左右角的底部，當聲吶返回的距離值大于2cm時，機器人測算前方有跌落危險，無法前進，并進行防跌落避障。

由于傳感器(第一聲納)前腳距離機器人著力點處9.5厘米，故認為當機器人檢測到有跌落時仍可向前行進9.5厘米。而機器人無法判斷跌落路段邊沿的形狀，故采用試探的方式進行行進。

本發(fā)明實施例中，以前方可通行為基礎，采用“W型試探法”進行試探。如圖2所示，以前方跌落形狀是線段型為例，如果左側傳感器返回距離大于2厘米，此時傳感器位置如圖中A點所示；則向右轉135°，此時傳感器位置如圖中C點所示；向前前進14厘米，左轉135°，向前行進直到傳感器返回距離大于2厘米，重復上面步驟，直到機器人向前行進35厘米仍未檢測到跌落，至此防跌落模式結束。

在防跌落模式結束后，機器人旋轉自身角度與路線方向一致，并向前正常行駛。

在上述防跌落模式中，由兩次向前行進14厘米，行進方向夾角為90°，如果是線段型跌落，機器人每沿跌落方向向前探測20厘米，則調整一次姿態(tài)，該探測方法兼顧探測效率(即探測一段路線需要的次數(shù))與探測精度(每隔多遠探測一次)，使人感官易于接受，且在保證不會錯過非跌落地段的情況下，盡可能的減少探測次數(shù)。

由于該防跌落探測方法控制機器人走出的路線是有規(guī)律的折線組成，感官上像沿著“W”形狀行進，故簡稱為“W型試探法”。如果是右側傳感器先檢測到 有跌落存在的，則按照上述步驟，向左旋轉及行進試探，以執(zhí)行防跌落模式。

可優(yōu)選的，在某些情況下，跌落路段的形狀是不規(guī)則的，采用補充策略：如在防跌落進程中，右側傳感器也檢測到探測距離大于2厘米，則機器人先自轉90°，使左側傳感器到達之前右側傳感器的位置，再執(zhí)行“W型試探法”。如果連續(xù)10次機器人放棄“W型試探法”，選擇自轉90°，或者由于防跌落已使機器人遠離目的地30米，則向左旋轉，并以右側傳感器為基礎，進行“W型試探法”，直到找到非跌落地點。

可優(yōu)選的，在某些情況下，前方路段不可通過，即機器人進入“死胡同”。默認機器人選擇一條平行的道路進行試探。該策略為：如果向左及向右均未找到非跌落地點，按“W型試探法”向左轉進行試探，直到機器人行進方向已經完全背離目的地，即與原來行進方向相比，旋轉了180°，則采用右前方傳感器向右旋轉的“W型試探法”進行試探；如果通過上述步驟使行進路線回歸到去往目的地的方向，則重新開始導航；如果背離目的地1000米，仍未找到非跌落路段，則報警，請求人為控制。

實施例6

本發(fā)明實施例6提供一種基于GPS的自主行進機器人，包括導航、機器人控制器、電機驅動器和電機。

導航，用于對機器人進行指引方向及規(guī)劃路線，并與外部交互信息；機器人控制器，用于接收導航發(fā)送指令，并控制所述電機驅動器根據(jù)導航發(fā)送指令行進；電機驅動器，用于與電機通信，接收機器人行進控制指令并控制電機轉動；電機，用于在電機驅動器的控制下帶動機器人行進。

該機器人還包括四個第二聲納，上述第二聲吶用于機器人避障檢測；第二聲吶分別設置在機器人的四角，以躲避行人及路上的固定障礙物。優(yōu)選地，該第二聲吶的探測距離為1米。

本實施例中，前端兩第二聲吶的安裝方向與機器人正常行進方向一致；后端兩第二聲吶分別垂直于機器人正常行進方向，一端向左、一端向右。

在行進過程中，需保證第二聲吶探測距離大于10厘米，如果小于10厘米， 則機器人停止運動，并原地轉向遠離障礙物。

如果遇到前方有障礙，即前方第二聲吶探測距離小于1米，并進一步判斷前方兩個第二聲吶哪個接收距離更長，則向該距離更長的方向進行轉向，并在轉向過程中行進；前端有障礙時，如果后端第二聲吶也檢測到有障礙，只障礙距離大于10厘米，則忽略后端障礙。直到四個第二聲吶都未檢測到障礙后，機器人向原方向行駛。

當機器人前端第二聲吶未檢測到障礙，而左右兩端有一端檢測到障礙，則向相反方向轉向，直到四個第二聲吶都未檢測到障礙。當機器人前端第二聲吶未檢測到障礙，而左右兩端均檢測到障礙，則向距離障礙物遠的一方轉向，直到兩側檢測到無障礙物。

如果左右兩端障礙物均小于10厘米，則機器人原地旋轉180°，在判斷前方無障礙的情況下，向前行駛并繼續(xù)避障處理。如果旋轉180°未能解決，則旋轉并尋找兩端障礙物距機器人大于10厘米，前方障礙物距離機器人大于40厘米的方向。

如果原地旋轉6圈之后，仍未找到避障路徑，則報警并請求人為控制。

實施例7

本發(fā)明實施例7提供一種基于GPS的自主行進機器人，包括導航、機器人控制器、電機驅動器和電機。

導航，用于對機器人進行指引方向及規(guī)劃路線，并與外部交互信息；機器人控制器，用于接收導航發(fā)送指令，并控制所述電機驅動器根據(jù)導航發(fā)送指令行進；電機驅動器，用于與電機通信，接收機器人行進控制指令并控制電機轉動；電機，用于在電機驅動器的控制下帶動機器人行進。

其中，該機器人還包括校正模塊，上述校正模塊根據(jù)固定間隔重新測算導航方向，并根據(jù)導航方向進行方向校正，尤其是用于路段為彎道，并不是筆直的路徑的狀況。該固定間隔可以優(yōu)選為20米。

進一步優(yōu)化方案中，還包括行進中轉向模塊，用于在前方障礙物距離較遠 時，機器人轉向采用單側降速的方法進行轉向，使機器人行駛連貫、節(jié)省能源、節(jié)省時間。

可優(yōu)選的，機器人行進中轉向需避免轉向不急導致的撞擊到前面的障礙物上，如圖4所示，機器人輪距AB為42厘米，轉動的半徑A0為80厘米。在轉向過程中，外輪走過的距離為3.14*80/2，內輪走過的距離為3.14*(80-42)/2，由于時間相同，故保障外輪速度與內輪速度的比是：

(3.14*80/2)/(3.14*(80-42))＝1.9048

即可滿足行進中轉向的需求，出于安全考慮，機器人轉向時外側輪保持速度不變，內側輪減速到原有速度的0.525倍。

本發(fā)明實施例的基于GPS的自主行進機器人，機器人控制器，接收導航發(fā)送指令，并控制電機驅動器根據(jù)導航發(fā)送指令行進，通過機器人上的導航設備，下達到達某目的地的行進指令，導航設備計算出到達目的地的最佳路徑，并發(fā)送行進或轉向指令給機器人控制器，控制機器人向目的地行進。同時，采用避障、防跌落，控制更靈活，使得機器人更適應室外的復雜環(huán)境，增加了機器人避障時原地等待的功能，防止人為短暫的阻擋機器人行進。

需要說明的是，在本發(fā)明中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者終端設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者終端設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的過程、方法、物品或者終端設備中還存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超過”等理解為不包括本數(shù)；“以上”、“以下”、“以內”等理解為包括本數(shù)。

盡管已經對上述各實施例進行了描述，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實施例做出另外的變更和修改，所以以上上述僅 為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利保護范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍之內。