CN107203192A - 一种基于电子地图的移动机器人自动行驶控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于电子地图的移动机器人自动行驶控制系统,包括:传感器系统,用于获取移动机器人的定位信息以及采集周围环境的图像信息;电子地图模块,为嵌入在客户端监控平台的应用程序上的一套组件库,用于根据移动机器人当前的定位信息及设定的目标位置规划出一条道路;客户端监控平台,将所述道路进行分离处理为离散的点数据库,并基于点数据库中各点的位置及来自机器人控制系统的状态信息处理得到控制信息;机器人控制系统,设于移动机器人上,并与运动模块相连,用于实时获取来自客户端监控平台的控制信息,以控制运动模块使移动机器人移动以到达目标位置。利用本发明的控制系统,可以实现移动机器人路径优化和自动驾驶。

Description

一种基于电子地图的移动机器人自动行驶控制系统
技术领域
本发明涉及机器人控制技术领域,特别涉及一种基于电子地图的移动机器人自动行驶控制系统。
背景技术
随着科技的发展机器人智能技术发展迅速,自动驾驶技术更能满足人们的生产和生活要求,由于其受环境影响较大常常需要人为的设定标志物,并采用图像处理技术提取有效道路信息,图像提取算法虽然原理上可行但运用实际中不尽然人意。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于电子地图的移动机器人自动行驶控制系统,以解决现有的汲取人自动驾驶技术所存在的应用效果无法满足使用要求的问题。
为实现上述目的,本发明提供了一种基于电子地图的移动机器人自动行驶控制系统,包括:
传感器系统,用于获取移动机器人的定位信息以及采集周围环境的图像信息;
电子地图模块,为嵌入在客户端监控平台的应用程序上的一套组件库,用于根据移动机器人当前的定位信息及设定的目标位置规划出一条道路;
客户端监控平台,将所述道路进行分离处理为离散的点数据库,并基于所述点数据库中各点的位置及来自机器人控制系统的状态信息处理得到控制信息;
机器人控制系统,设于移动机器人上,并与所述移动机器人的运动模块相连,用于实时获取来自客户端监控平台的控制信息,以控制运动模块使所述移动机器人移动以到达所述目标位置。
较佳地,所述传感器系统包括:
GPS模块,用于进行定位以获取所述移动机器人的定位信息;
陀螺仪,用于获取所述移动机器人的加速度;
超声波传感器,用于获取所述移动机器人距离障碍物的距离信息;
云台摄像头,采集周围环境的图像信息;
电子罗盘,用于获取所述移动机器人的当前姿态。
较佳地,所述电子地图模块加载在所述客户端监控平台处,所述电子地图模块为基于百度API开发的一套组件库,其中,电子地图模块包括通过添加OverviewMapsControl()、SCaleControl()函数以支持鼠标滑轮、放缩和交互功能。
较佳地,所述客户端监控平台分别通过网络通讯模块与所述机器人控制系统及传感器系统进行远程通信及控制,所述网络通讯模块的通信协议为TCP/IP网络协议,并设为服务器模式,所述机器人控制系统及对应的传感器系统设置为客户端模式。
较佳地,所述移动机器人为履带式移动机器人,所述运动模块用于驱动所述履带使机器人移动;所述机器人控制系统包括微控制器,所述微控制器为ST公司的32位微处理器STM32F103ZET6,所述微控制器与所述运动模块相连。
较佳地,所述传感器系统中的GPS、超声、陀螺仪、电子罗盘通过RS232标准协议与所述微控制器进行数据通讯;所述传感器系统中的云台摄像头通过RS485与所述微控制器进行图像传输。
本发明具有以下有益效果:
(1)该控制系统可以不依赖于复杂的图像处理技术,可以有限的避免路途障碍带来的技术难题,并且大大减少硬件处理器的负担;
(2)利用本发明的控制系统,可以有效的控制机器人在行驶过程中实现按地图路线行走不需要任何的人为控制,更加智能化;
(3)利用本发明的控制系统,利用百度地图的路径选择,选择出最适合的运动路径,工作重点放在正运动学控制和逆运动学控制,从而进行路径选择和路径优化,为机器人系统节能;
(4)利用本发明设计的控制系统,可以实现机器人路径优化的同时实现无人驾驶技术;
(5)基于电子地图组件可以提供GPS定位系统,通过结合移动机器人运动系统来实现自动驾驶,在设计方面驱动了自动驾驶的技术进步,同时设计简单操作准确,可行性高。
附图说明
图1为本发明系统组成示意图;
图2为优选实施例的客户端监控平台控制过程示意图;
图3为优选实施例的机器人控制系统的控制过程示意图;
图4为优选实施例的系统工作流程示意图。
具体实施方式
以下将结合本发明的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论,显然,这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例,并不是全部的实例,基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明的保护范围。
为了便于对本发明实施例的理解,下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明,且各个实施例不构成对本发明实施例的限定。
如图1所示,本实施例提供了一种基于电子地图的移动机器人自动行驶控制系统,包括:
传感器系统1,用于获取移动机器人的定位信息以及采集周围环境的图像信息;
电子地图模块2,为嵌入在客户端监控平台的应用程序上的一套组件库,用于根据移动机器人当前的定位信息及设定的目标位置规划出一条道路;
客户端监控平台3,将所述道路进行分离处理为离散的点数据库,并基于点数据库中各点的位置及来自机器人控制系统的状态信息处理得到控制信息;
机器人控制系统4,设于移动机器人上,并与移动机器人的运动模块相连,用于实时获取来自客户端监控平台的控制信息,以控制运动模块使移动机器人移动以到达目标位置。
其中,客户端监控平台3分别通过网络通讯模块5与机器人控制系统4及传感器系统1进行远程通信及控制,这里的网络通讯模块5的通信协议为TCP/IP网络协议,并设为服务器模式,则机器人控制系统4及对应的传感器系统1设置为客户端模式。
具体地,上述的客户端监控平台的具体工作过程如下:地图上的每一条道路线条是一个点集,每一个点代表与实际地理相对应的地理坐标,提取出所有的点作为系统的点数据库,则在行驶过程中下位机系统的移动机器人反馈的实时GPS数据作为起始点并找出数据库中与其最相近的点,至此即可知道下一刻机器人的目标位置。再找到数据库中该目标位置相对应的点,即可得出下一时刻的控制命令,例如一条道路的某段有A、B、C三点构成,则机器人从A点附近出发,B点就是下一刻的目标值,经过下位机反馈的GPS数据来闭环控制机器人直至到达B点位置,此时B点就成了初始点,C点为下一刻的目标值。
本实施例中的传感器系统1包括:
GPS模块,用于进行定位以获取所述移动机器人的定位信息;
陀螺仪,用于获取所述移动机器人的加速度;
超声波传感器,用于获取所述移动机器人距离障碍物的距离信息;
云台摄像头,采集周围环境的图像信息;
电子罗盘,用于获取所述移动机器人的当前姿态。
进一步地,本实施例中的电子地图模块加载在客户端监控平台处,电子地图模块为基于百度API开发的一套组件库。其中,电子地图模块包括通过添加OverviewMapsControl()、SCaleControl()函数以支持鼠标滑轮、放缩和交互功能。
本实施例中的移动机器人为履带式移动机器人,所述运动模块用于驱动所述履带使机器人移动;所述机器人控制系统包括微控制器,所述微控制器为ST公司的32位微处理器STM32F103ZET6,所述微控制器与所述运动模块相连。
其中,传感器系统中的GPS、超声、陀螺仪、电子罗盘通过RS232标准协议与所述微控制器进行数据通讯;所述传感器系统中的云台摄像头通过RS485与所述微控制器进行图像传输。
如图2所示,为客户端监控平台的上位机程序的结构示意图,其中,客户端监控平台通过电子地图组件获得各种电子地图模块提供的功能,如电子地图通过添加OverviewMapsControl()、SCaleControl()等组件支持客户端的鼠标滑轮、放缩曾强人机交互功能。而应用程序中嵌入WebBrowser控件为WebBrowserActive()提供托管封装实现客户端程序中显示网页功能。同时,客户端监控平台通过网络通讯模块基于TCP/IP网络协议进行TCP/IP的数据接收及数据发送,实现与机器人控制系统的数据交互和运动控制。其中,客户端监控平台通过远程控制模块控制调整机器人控制系统的状态信息,如运动方向、车体功能状态及运动速度等。
图3是机器人控制系统的信息传输示意图,机器人控制系统通过网络通讯模块反馈当前运动状态和传感器采集的信息,而运动模块接收网络控制信息,通过电机驱动控制板驱动该移动机器人履带的电机调整其转速,以及调整该移动机器人的运动方向。其中,本实施例中的机器人控制系统采用嵌入式操作技术,核心为微控制器,该微控制器选用ST公司的32位微处理器STM32F103ZET6,此外,该移动机器人的机器人系统至少要有电源模块,运动模块,传感器采集与通讯模块,视频处理模块,传感器外设部件等。其中,微控制器运用现场总线CAN通讯方式与运动模块进行运动控制。而在传感器系统中的GPS、超声、陀螺仪、电子罗盘分别通过RS232标准协议与微控制器进行数据通讯,而云台摄像头的运动通过RS485与微控制器进行数据通讯,图像通过网络直接传输到上位机显示界面。
图4是整个自动行驶系统的工作流程图,具体控制流程见图4,首先,系统进行初始化,设定目标位置,然后机器人控制系统接收来自传感器系统的数据,以获取机器人的状态数据,如未接收到,则继续等待接收状态数据;如接收到,则将接收的数据上传到客户端监控平台,由电子地图模块从状态数据中提取GPS的位置信息,找出机器人所在地图上的位置;然后由电子地图模块对目标位置进行解析,根据移动机器人当前的定位信息及设定的目标位置规划出一条道路;再由客户端监控平台(也即上位机)将道路进行分离处理为离散的点数据库,并基于点数据库中各点的位置及来自机器人控制系统的状态信息处理得到控制信息;客户端监控平台通过网络传输控制信息数据到机器人控制系统,同时机器人系统实时反馈自己的当前位置,上位机对机器人的当前位置与目标位置做计算,得出控制命令发送给机器人控制系统,机器人控制系统再控制运动模块的电机驱动系统运动,同时采集当前的状态信息反馈给上位机。如到达目标位置,则由客户端监控平台显示移动机器人到达了目标位置状态,如未到达目标位置,则上位机系统继续发送控制命令进行运动控制,继续进行自动行驶。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,对本发明所做的变形或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述的权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于电子地图的移动机器人自动行驶控制系统,其特征在于,包括:传感器系统,用于获取移动机器人的定位信息以及采集周围环境的图像信息;电子地图模块,为嵌入在客户端监控平台的应用程序上的一套组件库,用于根据移动机器人当前的定位信息及设定的目标位置规划出一条道路;
客户端监控平台,将所述道路进行分离处理为离散的点数据库,并基于所述点数据库中各点的位置及来自机器人控制系统的状态信息处理得到控制信息;
机器人控制系统,设于移动机器人上,并与所述移动机器人的运动模块相连,用于实时获取来自客户端监控平台的控制信息,以控制运动模块使所述移动机器人移动以到达所述目标位置。
2.根据权利要求1所述的基于电子地图的移动机器人自动行驶控制系统,其特征在于,所述传感器系统包括:
GPS模块,用于进行定位以获取所述移动机器人的定位信息;
陀螺仪,用于获取所述移动机器人的加速度;
超声波传感器,用于获取所述移动机器人距离障碍物的距离信息;
云台摄像头,采集周围环境的图像信息;
电子罗盘,用于获取所述移动机器人的当前姿态。
3.根据权利要求1所述的基于电子地图的移动机器人自动行驶控制系统,其特征在于,所述电子地图模块加载在所述客户端监控平台处,所述电子地图模块为基于百度API开发的一套组件库,其中,电子地图模块包括通过添加OverviewMapsControl()、SCaleControl()函数以支持鼠标滑轮、放缩和交互功能。
4.根据权利要求1所述的基于电子地图的移动机器人自动行驶控制系统,其特征在于,所述客户端监控平台分别通过网络通讯模块与所述机器人控制系统及传感器系统进行远程通信及控制,所述网络通讯模块的通信协议为TCP/IP网络协议,其中,所述网络通讯模块设为服务器模式,所述机器人控制系统及对应的传感器系统设置为客户端模式。
5.根据权利要求1所述的基于电子地图的移动机器人自动行驶控制系统,其特征在于,所述移动机器人为履带式移动机器人,所述运动模块用于驱动所述履带使机器人移动;所述机器人控制系统包括微控制器,所述微控制器为ST公司的32位微处理器STM32F103ZET6,所述微控制器与所述运动模块相连。
6.根据权利要求5所述的基于电子地图的移动机器人自动行驶控制系统,其特征在于,所述传感器系统中的GPS、超声、陀螺仪、电子罗盘通过RS232标准协议与所述微控制器进行数据通讯;所述传感器系统中的云台摄像头通过RS485与所述微控制器进行控制通信,并通过局域网进行图像传输。
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