基于红外顶标传感器的移动机器人行走系统的制作方法

本发明涉及机器人控制技术领域，具体的说是基于红外顶标传感器的移动机器人行走系统。

背景技术：

目前，基于寻磁的机器人导航方式依然是很多移动机器人的主要导航方式，需要在现场环境下铺设一条宽度约为2cm的黑色磁条线，这种方式一方面影响实际的美观，另一方面会由于机器人的机械等机构方面问题，会使得机器人经常找不到磁条线，导致机器人“出轨”而停止运行，基于目前的这种缺陷，迫切需要一种方式去升级这种导航方式。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种基于红外顶标传感器的移动机器人行走系统。

一种基于红外顶标传感器的移动机器人行走系统，包括机器人，机器人上载有红外顶标传感器和控制器，用来实时定位和导航。机器人前端和后端均安装有避障传感器，实现实时避障作用。机器人上还安装有语音模块，实现人机交互和语音播放等提示功能。所述控制器通过无线通信模块连接有移动平台调度系统,控制器与红外顶标传感器相连，通过红外顶标传感器获知机器人的位置，并将实际位置坐标转换到移动平台调度系统的移动平台坐标系中，所述移动平台调度系统包括一台实时显示模块，用于显示机器人所在位置；所述控制器内置机器人路径导航算法，用以计算机器人到达指定点的最佳路径，通过无线通信模块，移动平台调度系统可以实时发送控制指令给控制器，进而实现对机器人的控制。

机器人采用无刷电机带动，实现机器人的行走与转向。

所述移动平台调度系统作为服务端，机器人作为客户端，机器人通过TCP或者UDP协议通信，可以实现多机器人连接同一移动平台。

移动平台调度系统运行Android或IOS操作系统，可编程性强，且移动性强，可实现实时控制、观测以及调试。

红外顶标传感器运行单ID的Map模式。

机器人路径导航算法运行Floyd最短路径算法，Floyd路径算法计算量小，动态性好，并实时计算最短路径。

所述控制系统的芯片选择arm7芯片，操作系统为Linux。

无线通信模块选择wifi通信方式。

使用时，将机器人路径规划算法、坐标系转换算法安装到移动平台调度系统中，移动平台调度系统显示机器人实时位置，并将机器人控制指令通过无线通讯模块传递至机器人，机器人通过红外顶标传感器等传感器来实现机器人自主定位与导航，通过避障传感器防止碰撞，并通过语音模块实现交互，机器人的运行依靠机器人控制器中的控制算法限定。

本发明的有益效果是：

本发明通过红外顶标传感器实时获得机器人坐标，通过和上位机移动平台调度系统wifi通信，实时交互和控制，机器人通过获取到的坐标和角度信息，不断的调整自身姿态，通过从移动平台调度系统获取到的路径信息，调整姿态和获取路径信息一致，虽然采集和生成路径为可行走且无障碍物路径，但是为了防止人为的障碍物，机器人还装有避障传感器，当避障传感器检测到障碍物时，会停止运行并语音提示，防止机器人擦碰障碍物。增加了机器人的智能性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的系统连接关系示意图；

图2为本发明的路径展示图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。

如图1、图2所示，首先，利用红外顶标传感器8建立整个活动空间的全局坐标，具体建立过程详情参考红外顶标传感器手册。

建立好全局坐标系后，需要让机器人在整个空间走动一遍，并记录机器人需要经过的点，这些点主要是机器人需要转换角度或者停止的点，而非全部点。记录点的相应坐标，以及移动到下一点需要转动的角度信息。

其次，利用坐标系转换关系，将记录的坐标点生成移动客户端屏幕坐标，并依据记录拓扑图生成路径图，并显示在移动端上，可以很直观的判断生成的拓扑图是否合理，显示后如图2。同时通过机器人路径规划算法4初始化移动平台的路径生成系统，并计算最短路径矩阵。

当机器人启动时，通过无线通信模块2将红外顶标传感器8计算出的机器人坐标实时传输到移动平台调度系统1，通过坐标系转换算法6将实际坐标系转换成屏幕坐标系，并通过机器人位置实时显示模块7显示在移动平台调度系统1。

当需要让机器人3移动到指定目标点位置时，首先通过路径规划算法4计算出最适合的路径，之后通过机器人控制指令5，通过无线通信模块2发送对应的路径信息到达机器人3，机器人3通过机器人控制算法11实现对机器人的控制，控制机器人沿着一定的方向和速度前进，当机器人3在移动过程中，如果遇到障碍物，避障传感器9会检测到相应的障碍物，由于在记录相应点的时候，相应的路径一定是可行的路径，所以由避障传感器检测到的应该都是人为障碍物，所以可以通过语音模块10，可以实现语音提示障碍物离开，并通过语音模块10与机器人实现人机交互。

本发明采取基于红外顶标传感器的红外顶标方式可以有效达到目前需求，红外顶标传感器拥有技术成熟，定位精度高(重复定位精度2cm，角度精度1度)，是室内高精度定位的方案的可靠之选。这种方式使用方法为：在天花板上粘贴上固定的红外反射顶标，给定参考点坐标作为(0,0)点并建立全局的坐标系，机器人可以通过获得自己当前坐标与目的坐标来控制机器人的运动。

依靠红外顶标传感器等传感器来实现机器人自主定位与导航，其原理是红外顶标传感器通过不断的读取顶标并计算出机器人所在位置，来实现的定位，通过控制中心，判断并指定机器人下一步需要到达的位置，机器人利用自身的控制算法结合相应的传感器，最终来实现机器人的定位行走。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。