专利名称：机器人巡逻路径控制方法
技术领域：
本发明涉及仓库巡逻机器人技术，尤其是机器人巡逻路径控制方法。
背景技术：
基于仓库巡逻机器人的路径规划技术可以用以下技术来实现，比如基于仓库的无 线差分定位系统，该方法是通过在仓库分布多个无线差分基站设备，在机器人上配置无线 差分接收设备，机器人通过无线差分接收设备接收基站设备发送的同步时间信息，然后进 行差分计算便可得出机器人相对于各个差分基站的位置，从而得出机器人在仓库中的位 置。该技术的通用型和精确度均十分良好，但是成本高，并且安装复杂度高。仓库巡逻的路径管理也可以通过有轨机器人的方式来实现。即在仓库的巡逻路径 上铺设机器人行走轨道，机器人巡逻过程中沿着轨道行驶。该技术实现简单、可靠，但是成 本大，安装复杂。在物流仓库，如果通过过于复杂的布线或者基建改造是不现实的，另外系统的耐 用性、可靠程度也要求比较高。
发明内容
本发明的目的是为了克服传统方法存在的缺陷，提供一种让机器人按照预设路径 进行巡逻行走的机器人巡逻路径控制方法，该方法实施成本低、可靠性好。本发明解决以上技术问题而采用的技术方案是机器人巡逻路径控制方法，其不 同之处在于其方法包括以下步骤步骤1)、机器人开始巡逻，然后读入路径控制文件；步骤2)、机器人开始探测巡逻路径上经过的磁导标，进入下一步；步骤3)、判断机器人是否经过磁导标；如果机器人没经过磁导标则继续执行步骤 2)，如果机器人经过磁导标则进一步判断是否到达终点，如机器人到达终点则结束巡逻，如 没到达终点则根据探测到的磁导标标号信息以及路径控制文件来调整机器人转向角度，然 后向下一磁导标行进，再返回执行步骤2)。按以上方案，所述步骤1)中的路径控制文件的生成步骤为根据机器人巡逻路径 标记巡逻路径的磁导标摆放点，对每个磁导标摆放点设置机器人转向角度，完成磁导标铺 设后生成路径控制文件。按以上方案，所述磁导标为在机器人路径中每个路口或者转弯点布置的磁性橡胶 地垫，机器人利用其自身的磁力传感器来判断是否正在通过磁导标，然后再根据路径控制 文件来决定转向角度，从而实现机器人按照预设路径行走。按以上方案，所述步骤3)中，根据探测到的磁导标标号以及路径控制文件调整机 器人转向角度的具体步骤为首先根据探测到的磁导标标号信息并结合路径控制文件得到 机器人转向角度，然后机器人运动控制模块控制转向舵机和左、右驱动轮的驱动电机使机 器人按设定角度转向并行进，接着机器人运动控制模块读取电子陀螺仪及左、右驱动轮的光电编码器反馈的数据，判断机器人行进路线的方向是否正确，行进路线正确则向下一磁 导标行进，否则机器人运动控制模块继续控制转向舵机和驱动电机调整机器人转向角度。按以上方案，所述机器人运动控制模块在得到电子陀螺仪数据后和磁导标转向角 度以及转向前角度进行比对来保证机器人的转向精度。按以上方案，所述路径控制文件为二进制格式文件，其中详细纪录了导标总个数、 导标编号和对应转向角度、起点和终点的导标编号。按以上方案，所述步骤3)中通过磁导标标号来计算是否到达巡逻终点，判断依据 是当前磁导标标号是否等于终点磁导标标号或者当前磁导标标号是否大于或等于导标总 个数，如果是就可以判定已经到达终点，机器人结束巡逻。该技术用于物流仓库的自动无轨盘点机器人，由于各种类型的物流仓库的货位摆 放各有不同，使用无轨机器人进行巡逻时，本机器人巡逻路径控制方法解决的课题是如何 让机器人按照预设路径进行巡逻行走。机器人巡逻路径控制方法在每个路口设置专用的磁 性导标，当机器人到达导标处，便会根据导标指示进行相应的运动控制，通过在服务器中设 定导标位置和导标方向便可以明确指定机器人盘点行走的路径。机器人在开始盘点运动后 会严格的按照预先设定的路径行走，保证不会漏掉一件货，并且行走路径最优，该方法具有 实施成本低、实用性强、方便推广、稳定可靠的优点。
图1为机器人巡逻路径控制方法流程图；图2为路径控制文件的生成步骤流程图；图3为机器人路径规划图；图4为机器人工作平台结构原理图；
图5为机器人外形结构图。
具体实施例方式以下结合附图进一步说明本发明实施方式。如图1所示，机器人巡逻路径控制方法，其不同之处在于其方法包括以下步骤步骤1)、机器人开始巡逻，然后读入路径控制文件；步骤2)、机器人开始探测巡逻路径上经过的磁导标，进入下一步；步骤3)、判断机器人是否经过磁导标；如果机器人没经过磁导标则继续执行步骤 2)，如果机器人经过磁导标则进一步判断是否到达终点，如机器人到达终点则结束巡逻，如 没到达终点则根据探测到的磁导标标号信息以及路径控制文件来调整机器人转向角度，然 后向下一磁导标行进，再返回执行步骤2)。具体的，在机器人路径中每个路口或者转弯点布置的磁导标为磁性橡胶地垫，机 器人利用其自身的磁力传感器来判断是否正在通过磁导标，然后再根据路径控制文件来决 定转向角度，从而实现机器人按照预设路径行走。磁力传感器可以选用干簧管，干簧管是一种磁敏的特殊开关。玻璃管内管内平行 封装的簧片端部重叠，并留有一定间隙以构成开关的常开接点。当永久磁铁靠近干簧管时 形成磁场使簧片磁化时，簧片的接点就会感应出极性相反的磁极。由于磁极极性相反而相互吸引，当吸引的磁力超过簧片的抗力时，分开的接点便会吸合；当磁力减小到一定值时， 在簧片抗力的作用下接点又恢复到初始状态。这样便完成了一个开关的作用。具体的，所述步骤3)中，根据探测到的磁导标标号以及路径控制文件调整机器人 转向角度的具体步骤为首先根据探测到的磁导标标号信息并结合路径控制文件得到机器 人转向角度，然后机器人运动控制模块控制转向舵机和左、右驱动轮的驱动电机使机器人 按设定角度转向并行进(具体的，则机器人通过当前导标号从路径控制文件中获取转向角 度并控制转向舵机和驱动电机，使机器人按设定角度转向并行进)，接着机器人运动控制模 块读取电子陀螺仪及左、右驱动轮的光电编码器反馈的数据，判断机器人行进路线的方向 是否正确，行进路线正确则向下一磁导标行进，否则机器人运动控制模块继续控制转向舵 机和驱动电机调整机器人转向角度。具体的，所述路径控制文件为二进制格式文件，其中详细纪录了导标总个数、导标 编号和对应转向角度、起点和终点的导标编号。具体的，所述步骤3)中通过磁导标标号来计算是否到达巡逻终点，判断依据是当 前磁导标标号是否等于终点磁导标标号或者当前磁导标标号是否大于或等于导标总个数， 如果是就可以判定已经到达终点，机器人结束巡逻。磁导标的计算方法可以通过累加的方 法进行，在开始巡逻时，机器人当前的导标号为起点导标的编号，每通过一个导标就加1。如图2所示，所述步骤A)中的路径控制文件的生成步骤为在机器人巡逻路径上 标记磁导标设置点，对每个磁导标设置点设置机器人转向角度，完成仓库磁导标铺设图，然 后生成路径控制文件，路径控制文件可以通过网络发送或直接用U盘下载到机器人运动控 制模块。电子陀螺仪用于机器人方向的识别，识别精度达到0. 1度，并且在机器人从当前 导标处行走至下一个导标处时一直监测机器人行走的角度是否符合预设条件，并将这些信 息反馈给机器人控制中心，有机器人控制中心驱动方向舵机和左右后驱动轮来保持机器人 直线行走至下一导标处。本发明机器人巡逻路径控制方法通过在关键路口设定磁性导标来引导机器人按 指定路径行驶，同时通过路径规划软件来对导标进行管理和定义，设定机器人在仓库的行 驶路径，然后经AD转换成机器人运动控制模块能够理解的数据，再通过自定义的通信协议 将这些数据发送给机器人运动控制模块，实现机器人无轨盘点。图4为机器人工作平台结构原理图；如图4所示，机器人运动控制模块采用 AVRmega328单片机CPU。根据智能机器人的工作需要，主板配置了丰富的接口单元，其中 数字接口用于接入红外传感器、磁力传感器、超声波传感器等，模拟信号接口接入温度传感 器、光电编码器等，机器人运动控制模块通过RS232接口和电子陀螺仪相连接，电子陀螺仪 以19200bps的波特率不间断的向控制板发送当前的方向数据，控制板通过方向数据来判 断机器人行驶姿态是否为直线行驶，路口转弯是否准确等。由于机器人自身重量达到50KG，负载后质量大于80KG，所以需要配置大功率的直 流减速电机才能驱动机器人，本项目为机器人配置了左右各一个驱动电机，分开来驱动左 右两个后驱动轮，由于驱动电机的功率大，所以控制板本身的驱动力不能驱动电机，需要另 外配置电机驱动板。本项目采用市面上成熟的双路电机驱动模块，驱动电流可以达到10A， 同时配置刹车功能。控制板通过电子陀螺仪的反馈信息和左右驱动轮的光电编码器返回的数据可以判断机器人行走路线是否为直线，左右驱动轮转速是否同步，如果不同步就可以 通过电机驱动器微调输出电压来控制相应电机的转速，达到左右驱动电机同步。机器人的方向控制由控制板通过电子陀螺仪返回数据，结合路径规划数据来控制 方向轮。而转向的执行机构为舵机控制板加上大功率直流舵机。控制板通过RS232接口和 舵机控制板连接，向舵机控制板放出转向指令，并指示转向角度等详细信息，舵机按照机器 人控制板发出的指令执行，控制舵机运动并将执行结果反馈给机器人控制板。本项目中在 转向机构中采用舵机而没有采用直流步进电机，主要是考虑到用机器人做转向动作时，需 要的执行速度要求不高、但要求大扭矩，并且需要进行方向保持，使用舵机做上述控制简单 直接，虽然成本相对步进电机要一些，但是大大精简了控制电路，也减轻了机器人的自身重 量。图3为机器人路径规划图。图5为机器人外形结构图。电子陀螺仪采取的是主动发送测量数据的方式，发送频率为20HZ，机器人控制中 心在得到电子陀螺仪数据后和磁导标转向角度以及转向前角度进行比对来保证机器人的 转向精度。以上实施例只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作较多的限制，凡是依据对 本发明的技术本质作简单修改或等同的变化和修饰，均仍属本发明保护的范围。
权利要求
机器人巡逻路径控制方法，其特征在于其方法包括以下步骤步骤1)、机器人开始巡逻，然后读入路径控制文件；步骤2)、机器人开始探测巡逻路径上经过的磁导标，进入下一步；步骤3)、判断机器人是否经过磁导标；如果机器人没经过磁导标则继续执行步骤2)，如果机器人经过磁导标则进一步判断是否到达终点，如机器人到达终点则结束巡逻，如没到达终点则根据探测到的磁导标标号信息以及路径控制文件来调整机器人转向角度，然后向下一磁导标行进，再返回执行步骤2)。
2.如权利要求1所述的机器人巡逻路径控制方法，其特征在于所述步骤1)中的路径 控制文件的生成步骤为根据机器人巡逻路径标记巡逻路径的磁导标摆放点，对每个磁导 标摆放点设置机器人转向角度，完成磁导标铺设后生成路径控制文件。
3.如权利要求1所述的机器人巡逻路径控制方法，其特征在于所述磁导标为在机器 人路径中每个路口或者转弯点布置的磁性橡胶地垫，机器人利用其自身的磁力传感器来判 断是否正在通过磁导标，然后再根据路径控制文件来决定转向角度，从而实现机器人按照 预设路径行走。
4.如权利要求1所述的机器人巡逻路径控制方法，其特征在于所述步骤3)中，根据 探测到的磁导标标号以及路径控制文件调整机器人转向角度的具体步骤为首先根据探测 到的磁导标标号信息并结合路径控制文件得到机器人转向角度，然后机器人运动控制模块 控制转向舵机和左、右驱动轮的驱动电机使机器人按设定角度转向并行进，接着机器人运 动控制模块读取电子陀螺仪及左、右驱动轮的光电编码器反馈的数据，判断机器人行进路 线的方向是否正确，行进路线正确则向下一磁导标行进，否则机器人运动控制模块继续控 制转向舵机和驱动电机调整机器人转向角度。
5.如权利要求4所述的机器人巡逻路径控制方法，其特征在于所述机器人运动控制 模块在得到电子陀螺仪数据后和磁导标转向角度以及转向前角度进行比对来保证机器人 的转向精度。
6.如权利要求1所述的机器人巡逻路径控制方法，其特征在于所述路径控制文件为 二进制格式文件，其中详细纪录了磁导标总个数、磁导标标号和对应转向角度、起点和终点 的磁导标标号。
7.如权利要求1或2或3或4或5或6所述的机器人巡逻路径控制方法，其特征在于 所述步骤3)中通过磁导标标号来计算是否到达巡逻终点，判断依据是当前磁导标标号是 否等于终点磁导标标号或者当前磁导标标号是否大于或等于导标总个数，如果是就可以判 定已经到达终点，机器人结束巡逻。
全文摘要
本发明涉及仓库巡逻机器人技术，尤其机器人巡逻路径控制方法，其不同之处在于其方法包括以下步骤步骤1)机器人开始巡逻，然后读入路径控制文件；步骤2)机器人开始探测巡逻路径上经过的磁导标，进入下一步；步骤3)判断机器人是否经过磁导标；如果机器人没经过磁导标则继续执行步骤2)，如果机器人经过磁导标则进一步判断是否到达终点，如机器人到达终点则结束巡逻，如没到达终点则根据探测到的磁导标标号信息以及路径控制文件来调整机器人转向角度，然后向下一磁导标行进，再返回执行步骤2)。该方法具有实施成本低、实用性强、方便推广、稳定可靠的优点。
文档编号G05D1/00GK101907891SQ20101018987
公开日2010年12月8日 申请日期2010年6月2日 优先权日2010年6月2日
发明者范创伟 申请人:武汉普尔惠科技有限公司