一种基于自主定位的室内移动机器人围捕系统的制作方法

本实用新型涉及机器控制领域，具体涉及一种基于自主定位的室内移动机器人围捕系统。

背景技术：

目前，在理论层面上，已经产生了多种室内机器人定位方法和机器人围捕方法。主流的定位方法主要有基于WLAN/RFID信息融合、基于声呐和基于视觉等等，相应的机器人定位实验平台也逐渐出现。但是，机器人围捕方法停留在软件仿真阶段，并没有一套完整的系统装置，能够利用一定的定位方法对移动机器人进行定位，并控制移动机器人完成围捕功能。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本实用新型提供一种基于自主定位的室内移动机器人围捕系统。

本系统能够对系统内移动机器人和目标机器人进行有效实时定位，并控制移动机器人围捕目标机器人，完成机器人围捕功能。

本实用新型的技术方案：

一种基于自主定位的室内移动机器人围捕系统，包括四台移动机器人、目标机器人及地标，所述四台机器人、目标机器人及地标分别装有颜色不同的球形LED灯泡，

四台移动机器人具体为第一、第二、第三及第四移动机器人，其中第一及第二移动机器人构成用于获得两个移动机器人相对于地标的绝对坐标的基于地标的两个移动机器人定位单元；

第三及第四移动机器人构成用于获得这两个机器人相对于目标机器人的相对坐标的基于目标的两个移动机器人定位单元；

还包括控制单元，所述控制单元包括每隔一个路径规划周期，根据四台移动机器人和目标机器人坐标信息，产生下个规划时间点移动机器人需要到达的指定地点坐标的路径规划模块，及根据路径规划单元内指定地点坐标产生控制量控制四个移动机器人到达指定地点，实现围捕目标移动机器人的LQR控制模块。

机器人的结构相同，均包括后置相机、后置步进电机与后置编码器通过联轴器和法兰轴上下连接设置在上层板；

前置相机、激光测距传感器、前置步进电机及前置编码器通过联轴器和法兰轴上下连接设置在上层板，机器人的上层板中心放置一个LED灯泡作为识别物；

机器人的底层板放置工控机、电源模块和电机驱动器，机器人的底层板左右两侧放置左、右驱动轮，机器人前端安装万向轮。

每个移动机器人还包括无线通信模块，四台移动机器人的无线通信模块构成一个无线通信网络。

后置相机的安装高度高于前置相机。

本实用新型的有益效果：

本实用新型搭建出一套完整的多移动机器人定位及围捕功能系统实验平台，可以实现围捕目标机器人的功能，同时也可以作为验证移动机器人围捕算法的实验平台。

附图说明

图1是本实用新型机器人的结构示意图；

图2是本实用新型围捕系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

图1及图2所示，一种基于自主定位的室内移动机器人围捕系统，包括四台移动机器人、地标15及目标机器人16，机器人的结构相同，均包括后置相机1、后置步进电机2与后置编码器3从上往下的顺序，通过联轴器和法兰轴上下连接设置在上层板；

前置相机5、激光测距传感器6、前置步进电机7及前置编码器8按照从下往下的顺序，通过联轴器和法兰轴上下连接设置在上层板，机器人的上层板中心放置一个LED灯泡4作为识别物，所述后置相机的安装高度高于前置相机。

机器人的底层板放置工控机9、电源10和电机驱动器11，机器人的底层左右两侧放置左、右驱动轮12、13，机器人前端安装万向14。

相机通过一定方式与编码器和步进电机相连接，编码器用来测量角度数据，同时每个移动机器人都装备有激光测距传感器用来测距。

四台移动机器人、目标机器人及地标装有六种颜色不同的球形LED灯泡，作为相机的识别物相机通过颜色及形状识别的方法确定目标灯泡的方位，当目标灯泡运动时，工控机下发相应的控制指令控制步进电机转动带动相机做旋转运动，使得相机可以始终指向目标灯泡。同时，编码器可以记录下相机偏转的角度信息，激光测距传感器可以测得其与目标的距离。结果是，每个移动机器人都可以得到前后相机的偏转角度数据和激光测距传感器的距离数据，并存储在每个移动机器人的工控机上。每个移动机器人装备有一个无线通信模块，四台移动机器人组成一个无线通信网络，各移动机器人可以通过该通信网络进行数据的交换。

四台移动机器人具体为第一、第二、第三及第四移动机器人，其中第一及第二移动机器人17、18构成用于获得两个移动机器人相对于地标的绝对坐标的基于地标的两个移动机器人定位单元；

第三及第四移动机器人19、20构成用于获得这两个机器人相对于目标机器人的相对坐标的基于目标的两个移动机器人定位单元；

还包括控制单元，所述控制单元包括每隔一个路径规划周期，根据四台移动机器人和目标机器人坐标信息，产生下个规划时间点移动机器人需要到达的指定地点坐标的路径规划模块，及根据路径规划单元内指定地点坐标产生控制量控制四个移动机器人到达指定地点，实现围捕目标移动机器人的LQR控制模块。

基于地标的两个移动机器人定位单元，具体是：地标在此系统中，可以看做是自定义坐标系的原点。在基于地标的定位系统中，第一和第二移动机器人的后置相机视觉跟踪地标灯泡，第一移动机器人的前置相机视觉跟踪第二移动机器人的灯泡，与此同时，第一移动机器人的激光测距传感器可以得到其与第二移动机器人的距离数据。根据第一移动机器人的前后相机的偏转角度数据和激光测距传感器的距离数据以及第二移动机器人的后置相机的偏转角度数据，通过拓展卡尔曼滤波算法可以得到这两个移动机器人相对于地标的绝对坐标。

基于目标的两个移动机器人定位单元，第三和第四移动机器人的后置相机视觉跟踪目标移动机器人的灯泡，第四移动机器人的前置相机视觉跟踪第三移动机器人的灯泡。同时，第四移动机器人的激光测距传感器可以得到其与第三移动机器人的距离数据。根据第四移动机器人的前后相机的偏转角度数据和激光测距传感器的距离数据以及第三移动机器人的后置相机的偏转角度数据，通过拓展卡尔曼滤波算法可以得到这两个移动机器人相对于目标移动机器人的相对坐标。再借助于第二移动机器人的前置相机，可以将第三及第四移动机器人的坐标转换为基于地标的绝对坐标。同时，也可以得到目标机器人在自定义坐标系下的绝对坐标。

控制单元得到四个移动机器人和目标机器人在自定义坐标系下的绝对坐标之后，可以产生控制量控制移动机器人围捕目标移动机器人。

每隔一个路径规划周期，工控机通过四台移动机器人和目标移动机器人的坐标信息，产生下个规划时间点移动机器人需要到达的指定地点坐标数据。之后将路径规划点坐标传入LQR控制模块，可以产生控制量控制移动机器人在规定的时间内到达指定的地点，进而实现围捕目标移动机器人的功能。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。