專利名稱：一種室內移動機器人導航定位系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于移動機器人導航與定位技術領域，涉及一種室內移動機器人導航 定位系統(tǒng)。
背景技術：
在移動機器人的相關技術研究中，導航與定位技術可以說是其核心技術，是移動 機器人實現(xiàn)智能化和完全自主移動的關鍵。對導航與定位技術的研究，其目的在于使移動 機器人在無人干預的條件下使其有沿規(guī)劃的任意路徑移動并完成指定的任務。目前，移動 機器人的導航方式主要有以下幾種(1)尋線導航根據(jù)尋線導航過程中所使用的標識線線類型和傳感器的不同，又有電磁感應導 航、磁帶導航和光帶感應導航等幾種(a)電磁感應導航該導航方式利用傳感器對鋪設在地面下的通電導線的感應對 移動機器人進行導航與定位，其具有埋線隱蔽，不易污染和破損，抗聲、光干擾能力強，成本 較低；但移動機器人只能沿已鋪設的路徑運動，路徑改變困難，不能實現(xiàn)真正意義上的自主 化。(b)磁帶導航該導航方式是在地面上鋪設磁性路徑帶，利用傳感器對所鋪設的 磁條進行感應以實現(xiàn)對移動機器人的導航與定位。其優(yōu)點是靈活性較好，改變或擴充路徑 較容易；但鋪設在地面上的磁性路徑帶易損壞，難維護，易受路徑周圍金屬物質的干擾。(c)光帶感應導航該導航方式是通過反射式紅外探測器或CXD等傳感器通過對 地面上預設的路徑帶的感應對移動機器人進行導航與定位，導向用路徑帶設置成本低，改 變和擴充補償容易；但導向線路必須保持清潔。(2)激光導航采用激光導航時，在一不定高度處張貼3個以上的反射板即可，無需地面其他輔 助定位標識，移動機器人的運動路徑設置靈活，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)星導航這是目前室外移動機器人應用較廣的導航方式，其無需在地面上鋪設導航與定位 標識，移動機器人的運動空間可任意的大，不受地形、地貌的影響；但成本也比較高，另外， 定位用信號會受屋頂、樹木等物的影響，定位精度差，其定位信號在室內無法可靠接受，不 適用于室內移動機器人。
發(fā)明內容本實用新型的目的是提供一種室內移動機器人導航定位系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有室內移 動機器人導航與定位技術存在的性價比低，路徑設置不靈活的問題。[0013]本實用新型采用的技術方案為一種室內移動機器人導航定位系統(tǒng)，包括移動機 器人、設置在移動機器人上的車載控制子系統(tǒng)和位于移動機器人工作空間上方的定位子系 統(tǒng)；車載控制子系統(tǒng)包括設置在移動機器人上的車載計算機、與車載計算機連接的無線接 收模塊、分別設置在移動機器人前后端的第一微處理器和設置在每個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、與上位機連接的無線發(fā)射模塊和多 個第二微處理器；多個第二微處理器呈陣列式分布，組成間距相等的方陣；每個第二微處 理器上設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；上位機用于采集第二微處理器的信息，并根據(jù)移動 機器人在工作平面上的位置和姿態(tài)角計算出移動機器人左、右輪在下一控制周期內的運動 量。本實用新型的有益效果是，本系統(tǒng)采用紅外光和超聲波實現(xiàn)對移動機器人的絕對 定位。采用此定位系統(tǒng)對移動機器人進行定位，定位誤差不積累，定位精度較高；且無需在 地面上鋪設任何導航用標識物，對移動機器人的工作環(huán)境無特殊要求，路徑規(guī)劃靈活。該系 統(tǒng)還具有結構簡單、成本低、導航與定位可靠、抗各種干擾能力強的優(yōu)點，非常適合使用于 工業(yè)生產自動化系統(tǒng)，如FMS和CIMS等中大干擾系統(tǒng)中物流車的導航與定位。

圖1是本實用新型移動機器人導航與定位系統(tǒng)結構原理圖；圖2是本實用新型移動機器人導航與定位系統(tǒng)工作原理圖。圖中，1.移動機器人，2.車載計算機，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，9.第二微處理器，10.紅外光接收 器，11.超聲波接收器。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型進行詳細說明。如圖1所示，本實用新型提供一種室內移動機器人導航定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括移 動機器人1、設置在移動機器人1上的車載控制子系統(tǒng)和位于移動機器人1工作空間上方的 定位子系統(tǒng)。車載控制子系統(tǒng)包括設置在移動機器人1上的車載計算機2、與車載計算機2連接 的無線接收模塊6、分別設置在移動機器人1前后端的第一微處理器3和設置在每個第一微 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8、與上位機8連接的無線發(fā)射模塊7和多個第二微處理 器9 ；多個第二微處理器9呈陣列式分布，組成間距相等的方陣；每個第二微處理器9上設 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；上位機8用于采集第二微處理器9的信息， 并根據(jù)移動機器人1在工作平面上的位置和姿態(tài)角計算出移動機器人1左、右輪在下一控 制周期內的運動量。本實用新型的工作原理為移動機器人1開始工作后，車載控制子系統(tǒng)和定位子 系統(tǒng)同時協(xié)調工作。移動機器人1在移動過程中，設置在移動機器人1上的車載計算機2先控制移動機器人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同時發(fā) 射紅外光和超聲波，在間隔一定時間段后，再控制移動機器人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同時發(fā)射紅外光和超聲波。如圖2所示，位于移動機 器人1上空的定位子系統(tǒng)中，至少三個節(jié)點處第二微處理器9的紅外光接收器10和超聲波 接收器11會相繼接收到紅外光和超聲波。接收到信號的第二微處理器9 一接收到的紅外 光開始計時，當接收到超聲波時停止計時，第二微處理器9根據(jù)計時時間和紅外光與超聲 波的速度計算出該第二微處理器9點距離移動機器人1前端或后端的距離，并將該距離信 息傳送給上位機8，上位機8根據(jù)這至少三處第二微處理器9傳送的距離信息，計算出移動 機器人1前端和后端在工作平面上的坐標，由此計算出移動機器人1中心點在工作面上的 坐標和姿態(tài)角。再根據(jù)移動機器人1的下一目標點在工作面上的坐標計算出移動機器人1 左、右輪在下一控制周期內的控制量(如左、右輪的運動速度或下一控制周期內的位移量)。 上位機8將移動機器人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)傳給車載計算機2，車載計算機2再根據(jù)接收到的控制量控制移動機器 人1的左、右輪運動以控制移動機器人1向目標點運動。
權利要求一種室內移動機器人導航定位系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括移動機器人(1)、設置在移動機器人(1)上的車載控制子系統(tǒng)和位于移動機器人(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)包括設置在移動機器人(1)上的車載計算機(2)、與車載計算機(2)連接的無線接收模塊(6)、分別設置在移動機器人(1)前后端的第一微處理器(3)和設置在每個第一微處理器(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(8)、與上位機(8)連接的無線發(fā)射模塊(7)和多個第二微處理器(9)；所述多個第二微處理器(9)呈陣列式分布，組成間距相等的方陣；每個第二微處理器(9)上設置有紅外光接收器(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；上位機(8)用于采集第二微處理器(9)的信息，并根據(jù)移動機器人(1)在工作平面上的位置和姿態(tài)角計算出移動機器人(1)左、右輪在下一控制周期內的運動量。
專利摘要本實用新型公開了一種室內移動機器人導航定位系統(tǒng)，包括移動機器人、設置在移動機器人上的車載控制子系統(tǒng)和位于移動機器人工作空間上方的定位子系統(tǒng)；車載控制子系統(tǒng)包括設置在移動機器人前后端的第一微處理器和設置在每個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)包括上位機和多個第二微處理器；多個第二微處理器呈陣列式分布，組成間距相等的方陣；每個第二微處理器上設置有紅外光接收器和超聲波接收器。本系統(tǒng)的優(yōu)點是，定位誤差不積累，定位精度較高，對室內移動機器人的工作環(huán)境無特殊要求，路徑規(guī)劃靈活，抗干擾能力強。
文檔編號B25J5/00GK201659565SQ20102014103
公開日2010年12月1日 申請日期2010年3月25日 優(yōu)先權日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 申請人:西安理工大學