CN209841055U - 一种智能机器人导航装置 - Google Patents

Abstract

一种智能机器人导航装置，装置包括启动单元、传感器采集单元、定位单元、地图构建单元、路径规划单元、处理器、运动控制单元和语音提示单元。本实用新型采用了多传感的环境信息采集方式，易于采集到不同方向上的环境信息、价格低、便于安装与维护、测量精准，环境信息掌握中还依靠了局部信息和全局信息，准备阶段中进行自检操作，避免了传感器在信息采集时因异常而影响机器人导航，导航过程可施行重新定位操作，不仅可以对定位异常的重新定位，还可以实现对目标点进行实时更换，本装置不但能够提高导航精度，同时也使整个导航系统具有了较高的实用性。

Description

一种智能机器人导航装置

技术领域

本发明涉及导航设备领域，尤其涉及一种智能机器人导航装置。

背景技术

移动机器人研究是机器人学中的一个重要的分支，机器人的重要发展方向是全自动化，即自主导航、自主避障、和自主定位，随着科学技术的不断发展，信息技术、计算机技术以及人工智能技术的引入，机器人的研究已经逐步走出工业领域，逐步扩展到了医疗、保健、家庭、娱乐以及服务行业等领域。

机器人的导航方式有很多，比较常见的有：电磁导航和磁带导航，机器人对环境信息的掌握程度可以分为两类：一类是环境信息己知的全局规划，另一类是环境信息未知的局部规划。

电磁导航器缺点在于改变或者扩充线路比较麻烦，引导线辐射相对困难，磁带导航缺点在于维护成本高，全局方法通常可以寻找最优解，但是需要预先知道环境的准确信息，并且计算量很大。很多机器人导航方法通常是局部的方法，但和全局规划方法相比较，局部规划方法更具有实时性和实用性，缺陷是仅仅依靠局部信息，有时会产生局部极点，无法保证机器人能顺利到达目的地。

为解决上述问题，本申请中提出一种智能机器人导航装置。

发明内容

(一)发明目的

为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种智能机器人导航装置，本发明采用了多传感的环境信息采集方式，易于采集到不同方向上的环境信息、价格低、便于安装与维护、测量精准，环境信息掌握中还依靠了局部信息和全局信息，准备阶段中进行自检操作，避免了传感器在信息采集时因异常而影响机器人导航，导航过程可施行重新定位操作，不仅可以对定位异常的重新定位，还可以实现对目标点进行实时更换，本装置不但能够提高导航精度，同时也使整个导航系统具有了较高的实用性。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种智能机器人导航装置，包括启动单元、传感器采集单元、定位单元、地图构建单元、路径规划单元、处理器、运动控制单元和语音提示单元；启动单元、传感器采集单元、定位单元、地图构建单元和路径规划单元之间相互通讯连接；用于接收启动单元、传感器采集单元、定位单元、地图构建单元和路径规划单元数据信息的处理器为信息处理核心部件，系统上电之后处理器驱使机器人的准备工作、障碍物与目标点的距离比对以及定位异常后的重新定位；用于接收处理器数据信息的运动控制单元和语音提示单元为信息反馈单元。

优选的，启动单元设置有启动按钮，按下启动按钮时开始导航，直到到达目标点或者取消导航。

优选的，用于多方向环境信息采集的传感器采集单元由红外避障传感器和超声波避障传感器组合而成，采集的环境信息包括不同方向上的障碍物与目标点的距离。

优选的，定位单元用于获取机器人的环境位置信息。

优选的，通过采集的环境信息来构建导航地图的地图构建单元，采用栅格地图的方式来表达地图。

优选的，用于获取机器人从起始地点到目标地点的最优轨迹或近似最优轨迹的路径规划单元，采用全局路径规划和局部路径规划；全局路径规划是基于静态地图，采用A*算法获取一条从起始位置到目标位置的最优路径；局部路径规划是基于局部障碍物地图采用动态窗口法寻找一段时间内的最优轨迹，选取最优轨迹所对应的速度来驱动机器人运动。

优选的，用于实现机器人的运动和转向的运动控制单元通过PID算法驱动直流电机。

优选的，语音提示单元为语音输出单元。

优选的，上述的一种智能机器人导航装置，导航方法包括：

S1、响应系统控制指令，硬件开启准备工作，工作内容包括开启3D、开始建图、开始导航；

S2、自检操作，检查红外、超声波等传感器是否运行正常；

S3、导航初始化，根据给定的目标点进行目标点定位；

S4、采用传感器采集信息后进行目标点与障碍物距离比对，得到实时环境信息；

S5、基于导航地图，根据实时环境信息进行导航。

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

本发明采用了多传感的环境信息采集方式，易于采集到不同方向上的环境信息、价格低、便于安装与维护、测量精准，环境信息掌握中还依靠了局部信息和全局信息，准备阶段中进行自检操作，避免了传感器在信息采集时因异常而影响机器人导航，导航过程可施行重新定位操作，不仅可以对定位异常的重新定位，还可以实现对目标点进行实时更换，本装置不但能够提高导航精度，同时也使整个导航系统具有了较高的实用性。

附图说明

图1为本发明提出的一种智能机器人导航装置的结构示意图。

图2为本发明提出的一种智能机器人导航方法流程图。

图3为本发明提出的一种智能机器人导航方法中的硬件准备流程图。

图4为本发明提出的一种智能机器人导航方法中导航过程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

图1为本发明提出的一种智能机器人导航装置的结构示意图。

图2为本发明提出的一种智能机器人导航方法流程图。

如图1-2所示，本发明提出的一种智能机器人导航装置，包括启动单元、传感器采集单元、定位单元、地图构建单元、路径规划单元、处理器、运动控制单元和语音提示单元；启动单元、传感器采集单元、定位单元、地图构建单元和路径规划单元之间相互通讯连接；用于接收启动单元、传感器采集单元、定位单元、地图构建单元和路径规划单元数据信息的处理器为信息处理核心部件，系统上电之后处理器驱使机器人的准备工作、障碍物与目标点的距离比对以及定位异常后的重新定位；用于接收处理器数据信息的运动控制单元和语音提示单元为信息反馈单元。

在一个可选的实施例中，启动单元设置有启动按钮，按下启动按钮时开始导航，直到到达目标点或者取消导航。

在一个可选的实施例中，用于多方向环境信息采集的传感器采集单元由红外避障传感器和超声波避障传感器组合而成，采集的环境信息包括不同方向上的障碍物与目标点的距离。

在一个可选的实施例中，定位单元用于获取机器人的环境位置信息。

在一个可选的实施例中，通过采集的环境信息来构建导航地图的地图构建单元，采用栅格地图的方式来表达地图。

在一个可选的实施例中，用于获取机器人从起始地点到目标地点的最优轨迹或近似最优轨迹的路径规划单元，采用全局路径规划和局部路径规划；全局路径规划是基于静态地图，采用A*算法获取一条从起始位置到目标位置的最优路径；局部路径规划是基于局部障碍物地图采用动态窗口法寻找一段时间内的最优轨迹，选取最优轨迹所对应的速度来驱动机器人运动。

在一个可选的实施例中，用于实现机器人的运动和转向的运动控制单元通过PID算法驱动直流电机。

在一个可选的实施例中，语音提示单元为语音输出单元。

在一个可选的实施例中，上述的一种智能机器人导航装置，导航方法包括：

S1、响应系统控制指令，硬件开启准备工作，工作内容包括开启3D、开始建图、开始导航；

S2、自检操作，检查红外、超声波等传感器是否运行正常；

S3、导航初始化，根据给定的目标点进行目标点定位；

S4、采用传感器采集信息后进行目标点与障碍物距离比对，得到实时环境信息；

S5、基于导航地图，根据实时环境信息进行导航。

实施例1

图3为本发明提出的一种智能机器人导航方法中的硬件准备流程图。

图4为本发明提出的一种智能机器人导航方法中导航过程示意图。

如图3-4所示，机器人系统上电后，硬件开始进入准备状态，其具体的步骤如下：

1、系统上电，硬件进入准备状态；

2、根据控制指令，开启3D、开始建图、开始导航准备，做好开始导航准备之后，进入步骤3；

3、系统开始自检操作，检查红外、超声波等传感器是否正常；

4、进入导航过程。

系统进入导航过程中，其导航状态变化步骤如下：

1、系统进入导航过程，等待初始化；

2、初始化成功，处理器给定目标点；初始化失败，返回步骤1；

3、根据给定目标点，判断目标点是否距离障碍物太近，若目标点距离障碍物太近，则进行语音提示，否则进入步骤4；

4、判断全局规划是否成功，若失败，则进行语音提示，若成功则进入步骤 5；其中所述全局规划失败原因包括：障碍物导航失败，以及没有可行轨迹；

5、导航中，PAD持续检查单片机强制避障状态，若避障，则语音提示；

6、导航中可进行取消导航、到达目标点、定位异常，按钮暂停等操作，若出现定位异常，则必须重新定位，若检测到按下红色按钮时恢复导航，直到到达目标点或者取消导航；无对应操作时维持相应状态时，进入步骤7；

7、判断是否需要重新定位，若需要重新定位，则返回步骤3，若不需要重新定位，则返回步骤2。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (4)

1.一种智能机器人导航装置，其特征在于，包括启动单元、传感器采集单元、定位单元、地图构建单元、路径规划单元、处理器、运动控制单元和语音提示单元；

启动单元、传感器采集单元、定位单元、地图构建单元和路径规划单元之间相互通讯连接；用于接收启动单元、传感器采集单元、定位单元、地图构建单元和路径规划单元数据信息的处理器为信息处理核心部件；用于接收处理器数据信息的运动控制单元和语音提示单元为信息反馈单元。

2.根据权利要求1所述的一种智能机器人导航装置，其特征在于，启动单元设置有启动按钮。

3.根据权利要求1所述的一种智能机器人导航装置，其特征在于，用于多方向环境信息采集的传感器采集单元由红外避障传感器和超声波避障传感器组合而成。

4.根据权利要求1所述的一种智能机器人导航装置，其特征在于，语音提示单元为语音输出单元。