CN106500700A - 一种多移动机器人协作导航方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多移动机器人协作导航方法，包括：检测本机的位置信息并规划本机路径信息；获取其他机器人的位置信息及路径信息；确定同一地点的通过次序；输出路径表，控制本机按照所述路径表移动。还提供一种多移动机器人协作导航系统，包括：定位检测模块、ARM处理器核心模块及Zigbee无线网络通讯模块。通过Zigbee无线通讯和区域内其他机器人进行实时信息交换，在向其他机器人提供本机位置信息及运动路径的同时也获得其他机器人的位置信息和路径，通过协调工作，实现多机器人环境的智能导航，保证多个机器人在同一现场环境自动可靠的移动服务、协调工作，从而提高导航精度和导航效率；简单实用，易于普及和推广。

Description

一种多移动机器人协作导航方法及系统

技术领域

本发明属于机器人导航技术领域，尤其涉及一种多移动机器人协作导航方法及系统。

背景技术

目前移动机器人导航技术属于移动机器人所要求的最具重要性的能力之一，并且，只能对单一移动机器人导航。因此，多移动机器人无线协调协作导航对未来行业发展至关重要，在现有的技术条件下，有以下几种导航方法：

1、磁道导航，优点：安装操作简单，可靠性高，缺点：占用场地导致使用成本高，维护改造非常困难，只能单移动机器人围绕固定磁道线路导航行走。

2、惯性导航，采用光电编码器和陀螺仪测量移动机器人相对于其起始位置的距离和方向，从而推测出移动机器人当前的位置。优点：操作简单，容易实现且成本较低，缺点：在使用过程中存在累积误差且随着移动机器人移动距离和航向角的误差增加，累积误差将越来越大，导致精度不高。只能作为单移动机器人导航。

3、GPS导航，利用全球定位系统，通过自身安装的卫星信号接收装置接收四个GPS卫星发出的信号进行距离测量，从而计算出机器人的准确位置。优点：操作简单，容易实现且成本较低，缺点：使用过程中会出现各种误差，测距精度的影响非常大。

4、红外导航，采用红外线传感器发射红外线，由光电接收装置接收反射回来的红外信号，通过对返回信号的强弱程度的分析和周围环境的反射系数估算红外传感器到障碍物的间距，优点：测量周期短，缺点：容易受周围环境因素影响，障碍物的颜色和方向以及周围光线强弱都会导致检测误差。只能作为单移动机器人导航。

5、声纳导航，利用安装在移动机器人身上的超声传感器测得移动机器人与信标的距离和方位，从而估算自主移动机器人的位置，优点：数据处理简单，不受环境光线影响，缺点：超声波回波信息较弱，波束角较大，角度分辨率低，测量精度不高，容易发生镜面反射和存在测量盲区。只能作为单移动机器人导航。

然而，上述导航方法都不能满足高精度，测量周期短，高效率，多移动机器人无线协调协作导航。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种多移动机器人协作导航方法及系统，以解决目前导航方式测量周期短，由于只能作为单移动机器人导航，从而导致精度低、效率低的技术问题。

为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键／重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

本发明采用如下技术方案：

在一些可选的实施例中，本发明提供一种多移动机器人协作导航方法，包括：

初始化定位检测模块，检测本机的位置信息，并根据任务信息规划本机路径信息；

获取其他机器人的位置信息及路径信息；

根据工作任务优先级修改本机的路径信息并确定同一地点的通过次序；

生成路径表并输出路径表，控制本机按照所述路径表移动。

在一些可选的实施例中，所述的一种多移动机器人协作导航方法，还包括：

对区域内所有机器人进行位置标记及路径标记；检测本机的位置信息、路径信息是否发生变化；若检测到本机的位置信息、路径信息发生变化，则根据所述任务信息重新规划本机路径信息。

在一些可选的实施例中，所述的一种多移动机器人协作导航方法，还包括：加载电子地图，获取所述任务信息及所述工作任务优先级；初始化传感器模块，建立初始状态及初始位置。

在一些可选的实施例中，所述根据工作任务优先级修改本机的路径信息并确定同一地点的通过次序的过程包括：

获取其他机器人的位置信息及路径信息后，与本机的路径信息比较，判断其他机器人与本机是否有重叠路段；

若其他机器人与本机具有重叠路段，则判断其他机器人与本机通过所述重叠路段时的时间是否重叠；

若其他机器人与本机通过所述重叠路段时的时间出现重叠，则按照所述工作任务优先级修改本机的路径信息并确定通过所述重叠路段的次序。

在一些可选的实施例中，本发明提供一种多移动机器人协作导航系统，包括：

定位检测模块，用于检测本机的位置信息；

ARM处理器核心模块，用于根据任务信息规划本机路径信息，根据工作任务优先级修改本机的路径信息并确定同一地点的通过次序，生成路径表并输出路径表，控制本机按照所述路径表移动；

Zigbee无线网络通讯模块，用于获取其他机器人的位置信息及路径信息。

在一些可选的实施例中，所述ARM处理器核心模块包括：标记单元和检测单元；

所述标记单元用于对区域内所有机器人进行位置标记及路径标记；

所述检测单元用于检测本机的位置信息、路径信息是否发生变化，若检测到本机的位置信息、路径信息发生变化，则根据所述任务信息重新规划本机路径信息。

在一些可选的实施例中，所述ARM处理器核心模块还包括：获取单元，用于加载电子地图，获取所述任务信息及所述工作任务优先级，建立初始状态及初始位置。

在一些可选的实施例中，所述ARM处理器核心模块还包括：

路段判断单元，用于获取其他机器人的位置信息及路径信息后，与本机的路径信息比较，判断其他机器人与本机是否有重叠路段；

时间判断单元，用于当其他机器人与本机具有重叠路段时，判断其他机器人与本机通过所述重叠路段时的时间是否重叠；

修改单元，用于当其他机器人与本机通过所述重叠路段时的时间出现重叠时，按照所述工作任务优先级修改本机的路径信息并确定通过所述重叠路段的次序。

本发明所带来的有益效果：通过Zigbee无线通讯和区域内其他机器人进行实时信息交换，在向其他机器人提供本机位置信息及运动路径的同时也获得其他机器人的位置信息和路径，通过协调工作，实现多机器人环境的智能导航，保证多个机器人在同一现场环境自动可靠的移动服务、协调工作，从而提高导航精度和导航效率；简单实用，易于普及和推广。

为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。

附图说明

图1是本发明一种多移动机器人协作导航方法的流程示意图；

图2是本发明根据工作任务优先级修改本机的路径信息并确定同一地点的通过次序的流程示意图；

图3是本发明一种多移动机器人协作导航系统的示意图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。

在一些说明性的实施例中，如图1所示，提供一种多移动机器人协作导航方法，包括以下步骤：

步骤S1：本机上电后首先对Zigbee无线网络通讯模块、串口、障碍识别检测、定位检测模块硬件初始化，然后加载电子地图，获取任务信息及工作任务优先级，启动障碍传感器检测及定位检测后，本机进入等待导航状态。

步骤S2：初始化传感器模块，建立初始状态及初始位置。

步骤S3：初始化定位检测模块，定位检测模块开始工作后实时检测本机的位置信息，位置信息是指本机在电子地图上的位置，检测到本机的位置信息后根据任务信息规划本机路径信息。路径信息包括途经站点数、路径距离、途经障碍情况、路况、弯道、直道、分支、其他机器人位置、本机多点服务位置。

步骤S4：通过Zigbee无线网络通讯模块获取其他机器人的位置信息及路径信息，同时通过Zigbee无线网络通讯模块将本机的位置信息及路径信息发送出去，实现区域内数据的实时交互。

步骤S5：根据工作任务优先级修改本机的路径信息并确定同一地点的通过次序。在规划本机的路径以及考虑对其他机器人进行避让的过程是基于带权值的有向图操作，有向图的最优路径搜索是基于多参数评估加优先级作为权值的最优选择。

步骤S6：生成路径表并输出路径表，控制本机按照所述路径表移动。

步骤S7：对区域内所有机器人进行位置标记及路径标记。

步骤S8：检测本机的位置信息、路径信息是否发生变化，若发生变化，则进行步骤9，否则，进行步骤10。

步骤S9：根据所述任务信息重新规划本机路径信息。多个机器人在指定区域内移动过程中，每个机器人在移动过程中都要实时的规划前进路线，即动态路径规划。随着多台机器人的位置不断变化和任务协作，每台机器人都要重新规划路径。本发明的多移动机器人之间通过Zigbee无线通讯交互机器人位置信息和路径信息，再将其他机器人的位置和路径做标记后，即时规划新的路径。

步骤S10：结束。

在一些说明性的实施例中，如图1和2所示，步骤5具体包括以下步骤：

S51：获取其他机器人的位置信息及路径信息后，与本机的路径信息比较，判断其他机器人与本机是否有重叠路段，若出现重叠路段，则进行S2，否则进行S4。

S52：判断其他机器人与本机通过所述重叠路段时的时间是否重叠,若时间出现重叠，则进行S3，否则进行S4。

S53：按照所述工作任务优先级修改本机的路径信息并确定通过所述重叠路段的次序。

S54：结束。

在为处于同一区域的多个机器人进行导航时，移动机器人在各自的路径规划中可能存在重叠的路径，路径的重叠可能导致不同机器人在某时刻某地点相遇。两机器人发生相遇的条件是路径重叠且通过该重叠路段的时间也重叠，即在时间和空间上都重叠。本发明预先获取其他机器人的位置信息及路径信息后与本机的路径信息进行比较和基于权值的计算，从而确定各移动机器人通过重叠路段的优先权级或重新规划其他路径。

在一些说明性的实施例中，如图3所示，提供一种多移动机器人协作导航系统，包括：

定位检测模块1，用于检测本机的位置信息；

ARM处理器核心模块2，用于根据任务信息规划本机路径信息，根据工作任务优先级修改本机的路径信息并确定同一地点的通过次序，生成路径表并输出路径表，控制本机按照所述路径表移动；

Zigbee无线网络通讯模块3，用于获取其他机器人的位置信息及路径信息一级将本机的位置信息和路径信息发送出去。

所述ARM处理器核心模块2包括：标记单元和检测单元；所述标记单元用于对区域内所有机器人进行位置标记及路径标记；所述检测单元用于检测本机的位置信息、路径信息是否发生变化，若检测到本机的位置信息、路径信息发生变化，则根据所述任务信息重新规划本机路径信息。

所述ARM处理器核心模块2还包括：获取单元，用于加载电子地图，获取所述任务信息及所述工作任务优先级，建立初始状态及初始位置。

所述ARM处理器核心模块2还包括：路段判断单元，用于获取其他机器人的位置信息及路径信息后，与本机的路径信息比较，判断其他机器人与本机是否有重叠路段；时间判断单元，用于当其他机器人与本机具有重叠路段时，判断其他机器人与本机通过所述重叠路段时的时间是否重叠；修改单元，用于当其他机器人与本机通过所述重叠路段时的时间出现重叠时，按照所述工作任务优先级修改本机的路径信息并确定通过所述重叠路段的次序。

在一些说明性的实施例中，所述一种多移动机器人协作导航系统，还包括：电源模块4，所述电源模块4为所述定位检测模块1、ARM处理器核心模块2及Zigbee无线网络通讯模块3供电。

本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。

Claims (8)

1.一种多移动机器人协作导航方法，其特征在于，包括：

初始化定位检测模块，检测本机的位置信息，并根据任务信息规划本机路径信息；

获取其他机器人的位置信息及路径信息；

根据工作任务优先级修改本机的路径信息并确定同一地点的通过次序；

生成路径表并输出路径表，控制本机按照所述路径表移动。

2.根据权利要求1所述的一种多移动机器人协作导航方法，其特征在于，还包括：

对区域内所有机器人进行位置标记及路径标记；

检测本机的位置信息、路径信息是否发生变化；

若检测到本机的位置信息、路径信息发生变化，则根据所述任务信息重新规划本机路径信息。

3.根据权利要求2所述的一种多移动机器人协作导航方法，其特征在于，还包括：

加载电子地图，获取所述任务信息及所述工作任务优先级；

初始化传感器模块，建立初始状态及初始位置。

4.根据权利要求3所述的一种多移动机器人协作导航方法，其特征在于，所述根据工作任务优先级修改本机的路径信息并确定同一地点的通过次序的过程包括：

获取其他机器人的位置信息及路径信息后，与本机的路径信息比较，判断其他机器人与本机是否有重叠路段；

若其他机器人与本机具有重叠路段，则判断其他机器人与本机通过所述重叠路段时的时间是否重叠；

若其他机器人与本机通过所述重叠路段时的时间出现重叠，则按照所述工作任务优先级修改本机的路径信息并确定通过所述重叠路段的次序。

5.一种多移动机器人协作导航系统，其特征在于，包括：

定位检测模块，用于检测本机的位置信息；

ARM处理器核心模块，用于根据任务信息规划本机路径信息，根据工作任务优先级修改本机的路径信息并确定同一地点的通过次序，生成路径表并输出路径表，控制本机按照所述路径表移动；

Zigbee无线网络通讯模块，用于获取其他机器人的位置信息及路径信息。

6.根据权利要求5所述的一种多移动机器人协作导航系统，其特征在于，所述ARM处理器核心模块包括：标记单元和检测单元；

所述标记单元用于对区域内所有机器人进行位置标记及路径标记；

所述检测单元用于检测本机的位置信息、路径信息是否发生变化，若检测到本机的位置信息、路径信息发生变化，则根据所述任务信息重新规划本机路径信息。

7.根据权利要求6所述的一种多移动机器人协作导航系统，其特征在于，

所述ARM处理器核心模块还包括：获取单元，用于加载电子地图，获取所述任务信息及所述工作任务优先级，建立初始状态及初始位置。

8.根据权利要求7所述的一种多移动机器人协作导航系统，其特征在于，所述ARM处理器核心模块还包括：

路段判断单元，用于获取其他机器人的位置信息及路径信息后，与本机的路径信息比较，判断其他机器人与本机是否有重叠路段；

时间判断单元，用于当其他机器人与本机具有重叠路段时，判断其他机器人与本机通过所述重叠路段时的时间是否重叠；

修改单元，用于当其他机器人与本机通过所述重叠路段时的时间出现重叠时，按照所述工作任务优先级修改本机的路径信息并确定通过所述重叠路段的次序。