CN107976197A - 一种移动平台组合导航方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是给出一种组合导航方法，满足大范围移动同时返程需要高精度定位的移动平台的导航需求，为实现上述目的，在10m半径外使用GPS导航方法进行导航，在5m‑12m半径内使用光电导航方法进行导航，在1m‑7m半径使用超声波导航方法进行导航，在0m‑1.5m半径使用巡线导航方法进行导航。通过优选的导航方法，互相配合进行导航，发挥出了单个导航不具备的能力，满足了大范围巡逻同时需要高精度返程导航的运动平台的需求；各导航方法的覆盖区域可以重叠，使得交接过程更具鲁棒性，提高了可靠性；各导航方法之间信号没有互相干扰的问题，可以同时为多台巡逻车导航。

Description

一种移动平台组合导航方法
技术领域
本发明属于一种组合导航方法，尤其属于一种移动平台的精确导航方法。
背景技术
目前，各种充电巡逻车被推出用于巡逻、安防、扫地等领域，目前广泛的采取自动寻找充电桩返程充电技术，专利号2014104922338、2016110960514、2016100062134分别公开了一系列扫地机器人返程充电方法。目前扫地机器人普遍采取光电对管，在扫地机器人移动过程中捕捉光电管发出的信号，在捕捉到信号后沿着光束指引返程，而对于室外大范围巡逻的移动巡逻车，这种方法不再适用，加装GPS模块的巡逻车可以借助GPS信号到达充电桩10m半径的圆内，但想要更加精确的导航信号则不再具备条件，导航精度要求更加高的直接更换电池的巡逻车在加装GPS与光电模块后依然没有达到需求的导航精度。
对于大范围巡逻的巡逻车，需要在远距离时，获得粗略的导航信号，在10m内需要相对精确的导航信号，在与充电桩非常靠近时需要高精度的导航数据，所以目前的任何一种导航办法都无法满足这个需求，需要对导航方法进行组合，发挥各种导航方法的优点，利用组合优势规避各种导航方法的缺点。
发明内容
本发明的目的是给出一种组合导航方法，满足大范围移动同时返程需要高精度定位的移动平台的导航需求。结合各种导航方法，发挥出各种导航方法的优点，规避各导航方法的缺点，为实现上述目的，本发明结合了GPS导航、光电导航、超声波导航、巡线导航四种导航方法，为清楚说明各导航方法的工作流程，这里以为一个巡逻车导航为例，巡逻车配有无线通信模块、GPS模块、光电接收管、超声波接收模块、光电对管模块。充电桩除配有为巡逻车充电或者更换电池的部件外，还配有无线通信模块、GPS模块，在充电桩的高处装有光电发射管、超声波发射模块，在充电平台的位置的平面有黑线。
本发明的各种导航方法按照如下方式划分导航区域（以巡逻车最终位置为中心）：
一、在10m半径外使用GPS导航方法进行导航；
二、在5m-12m半径内使用光电导航方法进行导航；
三、在1m-7m半径使用超声波导航方法进行导航；
四、在0m-1.5m半径使用巡线导航方法进行导航；
各种导航方法导航区域重叠部分工作流程为负责外围导航的导航方法先将巡逻车导航至临近的内侧导航方法负责的区域内，内侧导航方法成功接手后负责外围区域导航的导航方法停止工作。
所述GPS导航方法在开始工作时先通过无线通信模块与充电桩通信，获得目的充电桩的GPS信息，作为导航的目的地，将巡逻车导航至充电桩附近，光电导航方法可以覆盖的区域。
所述光电导航方法，充电桩光电发射端俯仰角和方向可运动，当GPS导航方法将巡逻车导航至光电导航方法可以覆盖的区域内后，通过无线通信模块告知充电桩，充电桩的控制中心启动光电发射管，调整俯仰角，指向光电导航方法可以覆盖的最远端，然后匀速修改方向，做周向旋转，当巡逻车上的光电接收管收到充电桩上的光电发射管发出的信号时，通过无线通信模块告知充电桩控制中心收到信号，则光电发射端停止运动，充电桩通过无线通信模块告知巡逻车当前光电发射端俯仰角和方向角，供其计算相对位置。如果光电发射管旋转一周后巡逻车没有收到信号，在光电发射管步进调整一次俯仰角，重复周向旋转，重复以上过程，直到搜寻到巡逻车。
所述超声波导航方法，在巡逻车经过光电导航方法来到超声波导航方法覆盖的区域内时，充电桩上的超声波发射模块固定频率发射超声波信号，作为信号源，巡逻车上两个超声波接收模块通过接收到信号的时间差计算巡逻车与充电桩的相对位置，一直导航至距离目标位置1.5m内且巡逻车上的光电对管捕捉到地面黑线的信号。
所述巡线导航方法，有黑线的地方为充电桩平台，黑线的背景是固定颜色，无地面杂物干扰，当光电对管捕捉到地面黑线信号后按照巡线导航方法保存小车的航向和航迹直至到达目标位置。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
一、通过优选的导航方法，互相配合进行导航，发挥出了单个导航不具备的能力，满足了大范围巡逻同时需要高精度返程导航的运动平台的需求；
二、各导航方法的覆盖区域可以重叠，使得交接过程更具鲁棒性，提高了可靠性；
三、各导航方法之间信号没有互相干扰的问题，可以同时为多台巡逻车导航。
说明书附图
图1是本发明一种移动平台组合导航方法的总体规划示意图。
图2是本发明一种移动平台组合导航方法的光电导航方法俯仰角工作说明。
图3是本发明一种移动平台组合导航方法的光电导航方法周向扫描工作说明。
图4是本发明一种移动平台组合导航方法的超声波导航方法的工作说明。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图1所示的一种移动平台组合导航方法的总体规划示意图，以为一个巡逻车5导航为例，巡逻车5配有无线通信模块、GPS模块、光电接收管、超声波接收模块7、光电对管模块。充电桩除配有为巡逻车充电或者更换电池的部件外，还配有无线通信模块、GPS模块，在充电桩的高处装有光电发射管9、超声波发射模块8，在充电平台的位置的平面有黑线6。
本发明的各种导航方法按照如下方式划分导航区域（以巡逻车最终位置为中心）：
一、在10m半径外（1）（图示1区域外侧虚线表示无边界或边界任意远）使用GPS导航方法进行导航；
二、在5m-12m半径（2）使用光电导航方法进行导航；
三、在1m-7m半径（3）使用超声波导航方法进行导航；
四、在0m-1.5m半径（4）使用巡线导航方法进行导航；
各种导航方法导航区域重叠部分工作流程为负责外围导航的导航方法先将巡逻车导航至临近的内侧导航方法负责的区域内，内侧导航方法成功接手后负责外围区域导航的导航方法停止工作。
所述GPS导航方法在开始工作时先通过无线通信模块与充电桩通信，获得目的充电桩的GPS信息，作为导航的目的地，将巡逻车导航至充电桩附近，光电导航方法可以覆盖的区域。
如图2与图3所示的一种移动平台组合导航方法的光电导航方法说明，充电桩光电发射管9俯仰角和方向可运动，当GPS导航方法将巡逻车5导航至光电导航方法可以覆盖的区域内后，通过无线通信模块告知充电桩，充电桩的控制中心启动光电发射端9，调整俯仰角，指向光电导航方法可以覆盖的最远端，然后匀速修改方向，做周向旋转，当巡逻车5上的光电接收管收到充电桩上的光电发射管9发出的信号时，通过无线通信模块告知充电桩控制中心收到信号，则光电发射端9停止运动，充电桩通过无线通信模块告知巡逻车5当前光电发射端9俯仰角和方向角，供其计算相对位置。如果光电发射管9旋转一周后巡逻车没有收到信号，在光电发射管9步进调整一次俯仰角，重复周向旋转，重复以上过程，直到搜寻到巡逻车5。
如图4所示的一种移动平台组合导航方法的超声波导航方法，在巡逻车5经过光电导航方法来到超声波导航方法覆盖的区域内时，充电桩上的超声波发射模块8固定频率发射超声波信号，作为信号源，巡逻车5上两个超声波接收模块7通过接收到信号的时间差计算巡逻车5与充电桩的相对位置，一直导航至距离目标位置1.5m内且巡逻车5上的光电对管捕捉到地面黑线6的信号。
所述巡线导航方法，有黑线6的地方为充电桩平台，黑线6的背景是固定颜色（明显区别黑色的颜色），无地面杂物干扰，当光电对管捕捉到地面黑线6信号后按照巡线导航方法保存小车的航向和航迹直至到达目标位置。
以上所述只是本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原理和方法之内，所做的修改，等同替代，简单修改等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种移动平台组合导航方法，其特征在于：结合了GPS导航、光电导航、超声波导航、巡线导航四种导航方法，以为一个巡逻车导航为例，巡逻车配有无线通信模块、GPS模块、光电接收管、超声波接收模块、光电对管模块；充电桩除配有为巡逻车充电或者更换电池的部件外，还配有无线通信模块、GPS模块，在充电桩的高处装有光电发射管、超声波发射模块，在充电平台的位置的平面有黑线；
本发明的各种导航方法按照如下方式划分导航区域（以巡逻车最终位置为中心）：
一、在10m半径外使用GPS导航方法进行导航；
二、在5m-12m半径内使用光电导航方法进行导航；
三、在1m-7m半径使用超声波导航方法进行导航；
四、在0m-1.5m半径使用巡线导航方法进行导航；
各种导航方法导航区域重叠部分工作流程为负责外围导航的导航方法先将巡逻车导航至临近的内侧导航方法负责的区域内，内侧导航方法成功接手后负责外围区域导航的导航方法停止工作。
2.如权利要求1所述的一种移动平台组合导航方法，其特征在于：所述GPS导航方法在开始工作时先通过无线通信模块与充电桩通信，获得目的充电桩的GPS信息，作为导航的目的地，将巡逻车导航至充电桩附近，光电导航方法可以覆盖的区域。
3.如权利要求1所述的一种移动平台组合导航方法，其特征在于：所述光电导航方法，充电桩光电发射端俯仰角和方向可运动，当GPS导航方法将巡逻车导航至光电导航方法可以覆盖的区域内后，通过无线通信模块告知充电桩，充电桩的控制中心启动光电发射管，调整俯仰角，指向光电导航方法可以覆盖的最远端，然后匀速修改方向，做周向旋转，当巡逻车上的光电接收管收到充电桩上的光电发射管发出的信号时，通过无线通信模块告知充电桩控制中心收到信号，则光电发射端停止运动，充电桩通过无线通信模块告知巡逻车当前光电发射端俯仰角和方向角，供其计算相对位置；如果光电发射管旋转一周后巡逻车没有收到信号，在光电发射管步进调整一次俯仰角，重复周向旋转，重复以上过程，直到搜寻到巡逻车。
4.如权利要求1所述的一种移动平台组合导航方法，其特征在于：所述超声波导航方法，在巡逻车经过光电导航方法来到超声波导航方法覆盖的区域内时，充电桩上的超声波发射模块固定频率发射超声波信号，作为信号源，巡逻车上两个超声波接收模块通过接收到信号的时间差计算巡逻车与充电桩的相对位置，一直导航至距离目标位置1.5m内且巡逻车上的光电对管捕捉到地面黑线的信号。
5.如权利要求1所述的一种移动平台组合导航方法，其特征在于：所述巡线导航方法，有黑线的地方为充电桩平台，黑线的背景是固定颜色，无地面杂物干扰，当光电对管捕捉到地面黑线信号后按照巡线导航方法保存小车的航向和航迹直至到达目标位置。
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