一种基于机器人的开放式自动化导航系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于机器人的开放式自动化导航系统，包括传感器、服务器和控制器，其中服务器将导航的场景划分为一般导航区、精确导航区与主路径区，在一般导航区，控制器控制机器人利用自动化导航方式进行自动化导航；在精确导航区执行巡线导航；在主路径区，通过路径端点基于路径网络利用迪杰斯特拉算法进行导航。实现对路径规划的人为干预，使得导航准确可控、效率更高。本实用新型专利技术将机器人自动导航和精确巡线定位结合，利用缓冲带实现一般导航区或主路径区到精确导航区的过渡。缓冲条的宽度由5～10cm逐渐减小至0.5～1cm，缓冲条的长度介于20cm～100cm之间，将不同精度的定位方式有效连接，实现了定位精度的适用性过渡，实现了顺畅的导航效果。

An open automatic navigation system based on Robot

The utility model discloses an open type automatic navigation system based on robot, including sensors, controller and server, the server will navigate the scene is divided into general navigation area, precise navigation area and the main path in the general area, navigation area, controller control system is using automated means of navigation and automatic navigation; executive patrol line in the navigation precision navigation area; the main path, a path through the path based network endpoint using Dijkstra algorithm for navigation. The human intervention to the path planning makes the navigation accurate and efficient. The utility model combines robot automatic navigation and accurate patrol line location, and realizes the transition between general navigation area or main path area to precise navigation area by buffer belt. The width of buffer strips is reduced from 5 to 10cm to 0.5 to 1cm, and the length of buffer strips is between 20cm to 100cm. The location of different accuracy is effectively connected, so that the transition of positioning accuracy is achieved, and the smooth navigation effect is achieved.

【技术实现步骤摘要】
一种基于机器人的开放式自动化导航系统
本技术涉及自动化导航系统
，具体涉及一种基于机器人的开放式自动化导航系统。
技术介绍
目前，传统自动化导航系统的导航方式有：1，采用红外，激光或CCD巡线方式实现导航；2，采用定位配合最短路径规划实现导航；其中，所述定位为基于激光雷达或CCD成像的SLAM定位、基于无线基站的基站定位或利用陀螺仪/加速度计及码盘的基于里程的定位。采用巡线方式的导航系统较为简单，且导航方式为固定路径，因此采用巡线的导航方式的系统无法实现自主路径规划，具有使用局限性；采用定位配合最短路径规划的导航系统，在路径规划过程中人为干预程度过低，对路径的规划有着不确定性，系统并不适用于医院，物流服务等实际使用情景。
技术实现思路
有鉴于此，本技术提供了一种基于机器人的开放式自动化导航系统，利用将导航环境划分为精确导航区和正常导航区，实现在用户对部分路径干预下的自动化导航功能，且根据导航区域不同，实现不同的定位精度。本技术通过以下技术方案来实现，系统包括服务器、传感器和控制器；服务器用于设定一般导航区、精确导航区、精确导航区入口、精确导航区出口、主路径区以及导航终点，并将设定的数据传输至控制器；其中一般导航区内标定有两个以上路径端点；每个路径端点都只与其相邻路径端点之间有路径；各路径端点之间的路径形成路径网络；传感器用于采集机器人及环境的实时数据并将实时数据发送给控制器；控制器包括自动定位单元、精确定位单元和虚拟循迹单元；控制器基于服务器提供的数据以及传感器发送的机器人及环境的实时数据，识别机器人处于一般导航区、精确导航区或主路径区，根据不同的识别结果控制机器人进行不同方式的导航：当机器人处在一般导航区时，自动定位单元开启，自动定位单元用于控制机器人利用自动化导航方式进行自动化导航；当机器人处在精确导航区时，精确定位单元开启，精确定位单元用于控制机器人利用巡线导航方式进行导航；当机器人处在主路径区时，虚拟循迹单元开启，虚拟循迹单元基于路径网络，利用迪杰斯特拉算法，规划主路径区入口与主路径区出口之间的路径，得到主路径并控制机器人沿主路径运动。其中，精确导航区内有缓冲条和巡线条；所述缓冲条连接精确导航区入口与巡线条起点，巡线条终点为精确导航区出口；自精确导航区入口到巡线条起点，缓冲条的宽度由5～10cm逐渐减小至0.5～1cm，缓冲条的长度介于20cm～100cm之间。较佳地，系统还包括单片机处理器，在精确导航区，单片机处理器执行精确巡线任务，控制器导航功能暂时挂起或休眠；在主路径区与一般导航区，单片机处理器对传感器的数据进行初处理并将处理后的数据发送到控制器。较佳地，控制器还包括安全控制单元，负责获取机器人与最近障碍物的方位与距离，当机器人与障碍物距离小于设定阈值时，控制机器人减速或暂停移动。进一步地，控制器还包括时钟内核单元，时钟内核单元发布指定频率的激发消息，控制器在每收到一次激发消息后被唤醒一次，并执行一次路径规划。较佳地，单片机处理器和控制器之间以及控制器和服务器之间通过无线通信方式连接。较佳地，控制器包括接口单元，接口单元包括输入连接端口以及控制连接端口，输入连接端口连接控制器与服务器，控制连接端口连接控制器与单片机处理器。较佳地，系统还包括机器人外设，传感器和单片机处理器固定在机器人外设上。有益效果：1.本技术所述的基于机器人的开放式自动化导航系统，将导航的场景确定为一般导航区、精确导航区与主路径区，在主路径区基于路径网络利用迪杰斯特拉算法，获得距离机器人当前位置最近的路径端点与距离终点端点距离最近的路径端点之间的路径；通过路径端点实现对路径规划的人为干预，使得导航准确可控、效率更高。2.本技术所述的基于机器人的开放式自动化导航系统，将机器人自动导航和精确巡线定位结合，利用缓冲带实现一般导航区或主路径区到精确导航区的过渡。缓冲条的宽度由5～10cm逐渐减小至0.5～1cm，缓冲条的长度介于20cm～100cm之间，将不同精度的定位方式有效连接，实现了定位精度的适用性过渡，实现了顺畅的导航效果。3.本技术所述的基于机器人的开放式自动化导航系统，将机器人自动导航和精确巡线定位结合，实现了10cm～1mm不等的定位精度，适用于不同的场景需求。4.本技术所述的基于机器人的开放式自动化导航系统，在精确导航区，由单片机处理器执行精确巡线任务，控制器导航功能暂时挂起或休眠，节约了系统能耗，减小了控制器的计算负荷；在主路径区与一般导航区，单片机处理器对传感器的数据进行初处理，利用无线通信方式与控制器进行通信，基于此，控制器能够不置于机器人内部，从而减小机器人重量，并延长机器人的续航时间。附图说明图1为本技术系统的组成示意图。图2为本技术系统硬件逻辑结构示意图，其中：2.1为控制器；2.2为单片机处理器；2.3～2.N传感器设备；图3为控制器内部示意图，其中：3.1为SLAM定位节点；3.2为外部接口节点；3.3为系统的数据融合节点；3.4为系统的PID控制节点；3.5为系统的导航路径规划节点；3.6为系统的路径规划节点；3.7为系统的CCD精确定位节点；3.0.1为单片机上传的，以指定格式编码的各硬件采集数据；3.0.2为SLAM定位所需的数据流及地图数据；3.0.3为定位节点计算得出的当前位置估计数据；3.0.4为多数据融合后得到的当前位置估计数据；3.0.5为系统采用A*等路径规划算法得到的任意路径数据；3.0.6为系统采用节点间最短路径规划算法得到的路径轨迹数据；3.0.7为系统经PID运算后向外部接口节点输出的轮胎控制数据；3.0.8为外部接口节点向单片机输出的最终编码指令数据；3.0.9为由CCD及固定线条计算得到的系统精确位置数据。图4为系统整体导航过程示意图，其中：4.1为导航起点；4.2为导航终点；4.3为虚拟路径起点；4.4为虚拟路径终点；4.5及4.6为A*算法规划的路径；4.7为经最短路径算法计算后，被抛弃的路径及端点；4.8为障碍物。图5为系统的机械结构示意图及各模块的位置分布，其中：5.1为指示灯；5.2为SLAM所用激光雷达或景深CCD；5.3为控制器；5.4为单片机处理器；5.5为驱动轮；5.6为万向轮；5.7为超声波壁障传感器；5.8为线性CCD/激光精确定位单元。图6为机器人在SLAM导航及精确导航状态切换的示意图，其中：6.1为精确导航区；6.2为机器人的精确运动路径；6.3为规划路径与精确路径之间的缓冲带；6.4为机器人基于SLAM定位的路径；6.5为在SLAM路径下运动的机器人。图7为本技术基于机器人的开放式自动化导航系统的控制器示意图。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本技术进行详细描述。本技术提供了一种基于机器人的开放式自动化导航系统，系统组成如图1所示，系统包括机器人外设、传感器、单片机处理器、控制器和服务器；系统硬件逻辑结构示意图如图2所示，其中，2.1为控制器，2.2为单片机处理器，2.3～2.N为传感器设备。系统必须包括的部分为服务器、传感器和控制器：服务器用于设定一般导航区、精确导航区、精确导航区入口、精确导航区出口、主路径区以及导航终点，并将设定的数据传输至控制器；其中一般导航本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于机器人的开放式自动化导航系统，其特征在于，系统包括服务器、传感器和控制器；服务器用于设定一般导航区、精确导航区、精确导航区入口、精确导航区出口、主路径区以及导航终点，并将设定的数据传输至控制器；其中一般导航区内标定有两个以上路径端点；每个路径端点都只与其相邻路径端点之间有路径；各路径端点之间的路径形成路径网络；传感器用于采集机器人及环境的实时数据并将实时数据发送给控制器；控制器包括自动定位单元、精确定位单元和虚拟循迹单元；控制器基于服务器提供的数据以及传感器发送的机器人及环境的实时数据，识别机器人处于一般导航区、精确导航区或主路径区，根据不同的识别结果控制机器人进行不同方式的导航：当机器人处在一般导航区时，自动定位单元开启，自动定位单元用于控制机器人利用自动化导航方式进行自动化导航；当机器人处在精确导航区时，精确定位单元开启，精确定位单元用于控制机器人利用巡线导航方式进行导航；当机器人处在主路径区时，虚拟循迹单元开启，虚拟循迹单元基于路径网络，利用迪杰斯特拉算法，规划主路径区入口与主路径区出口之间的路径，得到主路径并控制机器人沿主路径运动。

【技术特征摘要】
1.一种基于机器人的开放式自动化导航系统，其特征在于，系统包括服务器、传感器和控制器；服务器用于设定一般导航区、精确导航区、精确导航区入口、精确导航区出口、主路径区以及导航终点，并将设定的数据传输至控制器；其中一般导航区内标定有两个以上路径端点；每个路径端点都只与其相邻路径端点之间有路径；各路径端点之间的路径形成路径网络；传感器用于采集机器人及环境的实时数据并将实时数据发送给控制器；控制器包括自动定位单元、精确定位单元和虚拟循迹单元；控制器基于服务器提供的数据以及传感器发送的机器人及环境的实时数据，识别机器人处于一般导航区、精确导航区或主路径区，根据不同的识别结果控制机器人进行不同方式的导航：当机器人处在一般导航区时，自动定位单元开启，自动定位单元用于控制机器人利用自动化导航方式进行自动化导航；当机器人处在精确导航区时，精确定位单元开启，精确定位单元用于控制机器人利用巡线导航方式进行导航；当机器人处在主路径区时，虚拟循迹单元开启，虚拟循迹单元基于路径网络，利用迪杰斯特拉算法，规划主路径区入口与主路径区出口之间的路径，得到主路径并控制机器人沿主路径运动。2.如权利要求1所述的一种基于机器人的开放式自动化导航系统，其特征在于，精确导航区内有缓冲条和巡线条；所述缓冲条连接精确导航区入口与巡线条起点，巡线条终点为精确导航区出口；自精确导航区入口到巡线条起点，缓冲条的宽度由5～10cm逐渐减小至0....

【专利技术属性】
技术研发人员：张德雨，闫天翼，董一名，黄一恒，徐伟，董小楠，
申请(专利权)人：张德雨，
类型：新型
国别省市：北京,11