一种机器人的导航系统及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机器人领域，尤其是指一种机器人的导航系统及其方法。
【背景技术】
[0002]机器人是一类用于接受人类的命令完成相应的动作，也可以自动执行预设程序来完成相应的任务，且具有可编程能力的机器装置。但是在生活中，机器人并不像电影里表现的那样无所不能、和人类相似的地步。在目前科技发展的水平，即使机器人有人类的外形，但是其人工智能水平远远在人类之下，而且大多数的机器人并不具有人类的外形。一般来说，机器人能够增加生产效率、提高产品质量的和改善人类生活的方便程度。所以，机器人是一个协助或取代人类工作的的机械装置。
[0003]轮式机器人是一种在可复杂环境下工作，具有自规划、自组织、自适应能力的机器人，具有行动快捷、工作效率高、结构简单、可控性强、安全性好等优势，目前在国内外正在被广泛的应用。
[0004]就目前而言，在轮式机器人相关技术研宄中，导航技术属于其核心技术，也是实现智能化和自主移动的关键技术。传统的视觉导航一般依据视觉图像，利用图像处理、计算机视觉、模型识别等相关技术获取运动体的运动信息和空间位置信息，从而实现对机器人进行导航的目的。但在视觉导航的方式在其运动过程中的实时运算量很大，不够灵活，受光照等周围环境的影响比较大，而且布设和维护成本极高。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种机器人的导航系统及其方法，其主要目的在于克服现有视觉导航方式存在的着稳定性差、定位精度低以及布设和维护成本高等缺陷。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:
一种机器人的导航系统，包括布置于房间内的复数个可向天花板投射不对称红外图案的红外投射仪以及一可识别该红外图案的轮式机器人，所述轮式机器人可用于从第一位置移位至多个不同的第二位置，在第一位置到第二位置的行走路径上均设有所述红外投射仪，所述轮式机器人包括控制单元、识别单元、行动单元以及学习路径寄存单元，控制单元的使能端连接于所述识别单元，行动单元的使能端连接于所述控制单元，所述学习路径寄存单元电连接于所述控制单元，在初始设定时，所述轮式机器人由第一位置移位至任一所述第二位置，所述识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别，判断相对位置并且向控制单元输出基准位置点数据，控制单元将该基准位置点数据写入所述学习路径寄存单元，当所述轮式机器人完成一次由第一位置到一第二位置的移位动作，控制单元写入在学习路径寄存单元内的多个基准位置点数据共同组成一导航数据，初始设定完毕后，第一位置移位至各个第二位置所对应的导航数据均写入到学习路径寄存单元内；使用时，当控制单元接受到由第一位置到一第二位置的指令后，控制单元调取第一位置到该第二位置所对应的导航数据，并且根据该导航数据控制所述行动单元移位，移位过程中，所述识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别，判断相对位置并且向控制单元输出实时位置点数据，所述控制单元获取该实时位置点数据后并与当前调取导航数据中的基准位置点数据进行比例运算，并调整所述移位单元动作，使其按照当前调取导航数据进行移位。
[0007]进一步的，所述不对称红外图案至少包括一前顶点、一左侧点以及一右侧点，所述识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别过程中，先根据前顶点确定行走方向，其中前顶点与所述识别单元连线为导航引线；当所述左侧点和右侧点均位于所述导航引线的右侧，控制单元判断轮式机器人已经向左侧偏离，控制单元即可控制行动单元向右移位进行方向修正；当所述左侧点和右侧点均位于所述导航引线的左侧，控制单元判断轮式机器人已经向右侧偏离，控制单元即可控制行动单元向左移位进行方向修正。
[0008]进一步的，所述轮式机器人还包括障碍物感测单元，所述障碍物感测单元包括复数个交错分布于所述轮式机器人外部的红外感应器以及通过扫描的方式控制该复数红外感应器逐个启动的处理开关，其中一红外感应器启动后，在它之前的红外感应器关闭，所述处理开关的输出端连接于所述控制单元的使能端。
[0009]进一步的，复数个所述红外感应器以总共50?150次/秒启动速率来完成对上述轮式机器人每个不同角度的扫描。
[0010]一种机器人的导航方法，包括以下步骤:初始路径学习和指令操控行走，所述初始路径学习包括以下步骤:
a、将轮式机器人由第一位置移位至第一个需要设定的第二位置，在此过程中，轮式机器人的识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别；
b、识别单元通过其获取的不对称红外图案来判断轮式机器人相对于当前不对称红外图案所处的位置并且向控制单元输出基准位置点数据；
C、控制单元将该基准位置点数据写入学习路径寄存单元，当轮式机器人完成一次由第一位置到第二位置的移位动作，控制单元写入在学习路径寄存单元内的多个基准位置点数据共同组成第一组导航数据；
d、将轮式机器人由第一位置移位至第二个需要设定的第二位置，在此过程中，轮式机器人的识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别；
e、重复步骤b和C，由此在学习路径寄存单元内写入第二组导航数据；
f将轮式机器人由第一位置移位至其他需要设定的第二位置，在此过程中，轮式机器人的识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别，重复步骤b和C，由此在学习路径寄存单元内写入其他组需要设定的导航数据，初始设定完毕后，第一位置移位至各个第二位置所对应的导航数据均写入到学习路径寄存单元内；所述指令操控行走包括如下步骤:
g、当控制单元接受到用户端提供的由第一位置到其中一第二位置的行走操控指令后，控制单元调取第一位置到该第二位置所对应的那一组导航数据，并且根据该导航数据控制所述行动单元由第一位置开始移位； h、移位过程中，所述识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别，判断相对位置并且向控制单元输出实时位置点数据，所述控制单元获取该实时位置点数据后并与当前调取导航数据中的基准位置点数据进行比例运算，并调整所述移位单元动作，使其按照当前调取导航数据进行移位，直到到达第二位置。
[0011]进一步的，在所述指令操控行走步骤的h步骤中，移位过程时，所述不对称红外图案至少包括一前顶点、一左侧点以及一右侧点，所述识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别过程中，先根据前顶点确定行走方向，其中前顶点与所述识别单元连线为导航引线；当所述左侧点和右侧点均位于所述导航引线的右侧，控制单元判断轮式机器人已经向左侧偏离，控制单元即可控制行动单元向右移位进行方向修正；当所述左侧点和右侧点均位于所述导航引线的左侧，控制单元判断轮式机器人已经向右侧偏离，控制单元即可控制行动单元向左移位进行方向修正。
[0012]进一步的，所述轮式机器人还包括障碍物感测单元，所述障碍物感测单元包括复数个交错分布于所述轮式机器人外部的红外感应器以及通过扫描的方式控制该复数红外感应器逐个启动的处理开关，其中一红外感应器启动后，在它之前的红外感应器关闭，所述处理开关的输出端连接于所述控制单元的使能端。
[0013]进一步的，在所述指令操控行走步骤的h步骤还包括，步骤h1:移位过程时，第一个红外感应器启动，先对其所在的角度发射红外线，判断是否有障碍物；步骤h2: —旦在该角度方向上的特定距离内有障碍物，则将信息输送至控制单元，控制单元则优先控制行走单元朝着远离障碍物的方向移位；之后再根据所述前顶点确定行走方向，其中前顶点与所述识别单元连线为导航引线，当所述左侧点和右侧点均位于所述导航引线的右侧，控制单元判断轮式机器人已经向左侧偏离，控制单元即可控制行动单元向右移位进行方向修正，当所述左侧点和右侧点均位于所述导航引线的左侧，控制单元判断轮式机器人已经向右侧偏离，控制单元即可控制行动单元向左移位进行方向修正；最后再根据上述比例运算的结果，调整所述移位单元动作，使其按照当前调取导航数据进行移位，直到到达第二位置；步骤h3:如果在第一个红外感应器对应角度方向上的特定距离内没有障碍物，则处理开关将第一个红外感应器关闭，并同时打开与其相邻的第二个红外感应器，然后对其所在的角度发射红外线，判断是否有障碍物，一旦在该角度方向上的特定距离内有障碍物，则重复所述步骤h2，如果在第二个红外感应器对应角度方向上的特定距离内没有障碍物，则处理开关将第二个红外感应器关闭，并同时打开与其相邻的第三个红外感