CN106217348A - 一种基于超高频无线电定位的移动机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种基于超高频无线电定位的移动机器人；包括超高频无线电定位模块、超声避障模块、遥控模块、运动控制模块和中央控制装置；所述超高频无线电定位模块由至少三个测距基站和至少一个移动标签组成；所述超声避障模块由超声探头和超声驱动单元组成；所述遥控模块由遥控单元和主控接收单元组成；所述运动控制模块由电机驱动和电机组成。本发明所公开的基于超高频无线电定位的移动机器人，基于超高频无线电定位进行跟随控制，具有低成本、定位更新频率快、能实现360度全向定位的优势，加之精确的电机运动控制，可实现各种应用场景下的跟随伴随运动控制。

Description

一种基于超高频无线电定位的移动机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种基于超高频无线电定位的移动机器人。

背景技术

目前移动机器人的跟随多用视觉跟随、超声跟随和激光雷达跟随。视觉跟随数据处理量大，易受机器人和跟随目标间人、物影响，难以对跟随目标实现唯一锁定。超声跟随测量距离短，有较大方向限制性，易受环境变化干扰，难以实现稳定跟随；激光雷达造价昂贵，无法唯一锁定目标，引起扫描频率限制无法用于近距离、快速运动下的跟随控制。

因此，为了解决上述问题，急需发明一种新的移动机器人。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种具有跟随、伴随目标功能且能够在随行过程中自主避障的基于超高频无线电定位的移动机器人。

本发明提供了下述方案：

一种基于超高频无线电定位的移动机器人，包括机器人主体、控制装置、两个驱动电机、至少三个超高频无线电测距基站、移动标签和至少四个超声波传感器；

所述控制装置包括数据处理模块、超高频无线电定位模块、超声避障模块、运动控制模块和无线通讯模块，所述超高频无线电定位模块、所述超声避障模块、所述运动控制模块和所述无线通讯模块分别与所述数据处理模块电连接，所述超高频无线定位模块分别与各所述超高频无线电测距基站电连接，所述超高频无线定位模块与所述移动标签进行无线通信，所述超声避障模块分别与各所述超声波传感器电连接，所述运动控制模块分别与各所述驱动电机电连接，所述无线通讯模块与遥控器进行无线通信；

各所述驱动电机、各所述超高频无线电测距基站和各超声波传感器均设置在所述机器人主体上，并与所述机器人主体固定；所述移动标签设置在所述遥控器上。

优选地，所述机器人主体包括手推杆、固定架、前轮连接架和后轮连接架，所述手推杆、所述前轮连接架和所述后轮连接架分别与所述固定架固定。

优选地，所述控制装置设置在控制装置壳体内，所述控制装置壳体设置在所述固定架上，并与所述固定架固定。

优选地，各所述驱动电机通过一个关节与所述后轮连接架连接。

优选地，所述超高频无线电测距基站的数量为四个，其中两个所述超高频无线电测距基站分别设置在所述前轮连接架的左前端和右前端，其他的两个所述超高频无线电测距基站分别设置在所述控制装置壳体的左后端和右后端。

优选地，所述超声波传感器的数量为八个，其中四个所述超声波传感器分别设置在所述前轮连接架的左端、右端、左前端和右前端；其中两个所述超声波传感器分别设置在所述后轮连接架的左中部和右中部，其他的两个所述超声波传感器分别设置在所述控制装置壳体的左后端和右后端。

优选地，所述关节包括前支架、后支架和紧固螺母，所述后轮连接架上设有轴套，所述前支架与所述轴套固定，所述后支架与所述轴套固定，各所述驱动电机包括一个定子轴，所述前支架、所述轴套、所述后支架与所述定子轴套装设置，并通过所述紧固螺母连接。

优选地，所述机器人主体还包括两个万向前轮，各所述万向前轮与所述前轮连接架固定。

优选地，所述遥控器包括遥控器外壳和控制单元，所述控制单元设置在所述遥控器壳体内，所述控制单元与所述无线通讯模块电连接；所述移动标签设置在所述遥控器壳体内。

优选地，所述遥控器外壳上设有指示灯和按键，所述指示灯和所述按键与所述控制单元电连接，所述按键包括启停按键、模式选择按键和方向按键。

本发明产生的有益效果：

本发明所公开的基于超高频无线电定位的移动机器人，通过设置所述超高频无线电定位模块、无线避障模块和运动控制模块，具有低成本、定位更新频率快、能实现360度全向定位的优势，加之精确的电机运动控制，可实现各种应用场景下的跟随和伴随运动控制。

附图说明

图1为本发明的控制装置的***框图；

图2为本发明的机器人主体的结构示意图；

图3为本发明的关节的结构示意图；

图4为本发明的遥控器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1和图2所示，一种基于超高频无线电定位的移动机器人，包括机器人主体1、控制装置4、两个驱动电机2、至少三个超高频无线电测距基站5、移动标签和至少四个超声波传感器6；

参见图1所示，所述控制装置包括数据处理模块、超高频无线电定位模块、超声避障模块、运动控制模块和无线通讯模块，所述超高频无线电定位模块、所述超声避障模块、所述运动控制模块和所述无线通讯模块分别与所述数据处理模块电连接，所述超高频无线定位模块分别与各所述超高频无线电测距基站电连接，所述超高频无线定位模块与所述移动标签进行无线通信，所述超声避障模块分别与各所述超声波传感器电连接，所述运动控制模块分别与各所述驱动电机电连接，所述无线通讯模块与遥控器5进行无线通信；各所述驱动电机、各所述超高频无线电测距基站和各超声波传感器均设置在所述机器人主体上，并与所述机器人主体固定；所述移动标签设置在所述遥控器上。

参见图2所示，所述机器人主体包括手推杆103、固定架102、前轮连接架105和后轮连接架106，所述手推杆、所述前轮连接架和所述后轮连接架分别与所述固定架固定；所述控制装置设置在控制装置壳体内，所述控制装置壳体设置在所述固定架上，并与所述固定架固定；各所述驱动电机通过一个关节3与所述后轮连接架连接。所述超高频无线电测距基站的数量为四个，其中两个所述超高频无线电测距基站分别设置在所述前轮连接架的左前端和右前端，其他的两个所述超高频无线电测距基站分别设置在所述控制装置壳体的左后端和右后端；所述超声波传感器的数量为八个，其中四个所述超声波传感器分别设置在所述前轮连接架的左端、右端、左前端和右前端；其中两个所述超声波传感器分别设置在所述后轮连接架的左中部和右中部，其他的两个所述超声波传感器分别设置在所述控制装置壳体的左后端和右后端。

参见图3所示，所述关节包括前支架301、后支架302和紧固螺母303，所述后轮连接架上设有轴套104，所述前支架与所述轴套固定，所述后支架与所述轴套固定，各所述驱动电机包括一个定子轴，所述前支架、所述轴套、所述后支架与所述定子轴套装设置，并通过所述紧固螺母连接。所述机器人主体还包括两个万向前轮101，各所述万向前轮与所述前轮连接架固定。

参见图4所示，所述遥控器包括遥控器外壳501和控制单元，所述控制单元设置在所述遥控器壳体内，所述控制单元与所述无线通讯模块电连接；所述移动标签设置在所述遥控器壳体内。所述遥控器外壳上设有指示灯502和按键503，所述指示灯和所述按键与所述控制单元电连接，所述按键包括启停按键、模式选择按键和方向按键。

本实施例中所述基于超高频无线电定位的移动机器人，通过设置所述超高频无线电定位模块、无线避障模块和运动控制模块，具有低成本、定位更新频率快、能实现360度全向定位的优势，加之精确的电机运动控制，可实现各种应用场景下的跟随和伴随运动控制。

本实施例中所述超高频无线电测距基站固定在所述移动机器主体上，所述移动标签固定在遥控器上并由被跟随目标携带，机器人可完成对跟随目标的唯一锁定和定位；所述超声探头用于发射和接收超声波，所述超声避障模块会记录发射和接收时间，计算障碍距离；所述遥控器实现遥控器对机器人工作模式和运动控制；运动控制模块根据无线定位和超声测距得到障碍信息，控制***计算移动机器人跟随和伴随的驱动轮速度和转角，再由所述驱动电机进行相应速度的运动，实现自主跟随伴随。

本实施例中可通过遥控器控制机器人处于不同工作模式，包括：遥控模式，遥控控制机器人进行前后左右运动；跟随模式，控制机器人自主跟随在人的身后；伴随模式，控制机器人自主伴随在人的身旁。

本实施例中所述机器人包含但不限于智能婴儿车、载人三轮车、载人四人车、导览机器人等。任何对本领域的技术人员来说是可轻易想到的、实质上没有脱离本发明的变化或替换，也均包含在本发明的保护范围之内。

本实施例中移动机器人包括机器人主体和遥控器，跟随目标需携带所述遥控器，具体包括以下几个方面的内容：

1.移动机器人定位跟随目标

移动机器人上固定有四个测距基站，移动标签固定在遥控器上并由被跟随者携带。定位模块通过超高频无线电技术，每个基站测得自己和移动标签的距离，再根据三角定位算法和测距基站几何关系，唯一确定被跟随者和移动机器人的相关位置关系。

2.自主跟随伴随运动路径规划

被跟随目标的定位信息从测距基站传输到控制装置，运动控制模块计算被跟随者相对于移动机器人的距离d和角度θ。跟随伴随时，运动控制模块以圆弧的方式进行轨迹规划，两个驱动轮和运动圆弧的圆心始终在同一直线上。

3.驱动轮转速计算

移动机器人以上述圆弧轨迹进行跟随伴随运动，所以移动机器人的两个驱动轮的角速度ω时刻是相同的。依据此特性和两个驱动轮距离运动轨迹圆心的距离，运动控制模块可以计算沿规划圆弧路径运动时，左右两个驱动轮各自所需要的速度。

4.调用超声进行测障

移动机器人完成跟随伴随速度计算后，会调用超声避障模块进行障碍检测。超声探头发射超声波并接受反射的超声波，超声驱动板将记录发射和接收时间，利用超声的飞行时间和声速计算障碍距离，并将障碍距离反馈给控制装置。控制装置判断周边障碍物情况，如果障碍物距离移动机器人比较近，则机器人将转弯或者停止避免撞上障碍物。如果机器人周边无障碍物，则移动机器人会继续进行跟随伴随运动。

5.驱动电机按照设定速度运转

电机驱动部分将按照最终确定的电机速度，驱动轮子按设定速度转动。从定位到驱动电机的过程每10ms进行一次，在动态的调节过程中实现对移动目标的跟随伴随功能。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种基于超高频无线电定位的移动机器人，其特征在于：包括机器人主体、控制装置、两个驱动电机、至少三个超高频无线电测距基站、移动标签和至少四个超声波传感器；

所述控制装置包括数据处理模块、超高频无线电定位模块、超声避障模块、运动控制模块和无线通讯模块，所述超高频无线电定位模块、所述超声避障模块、所述运动控制模块和所述无线通讯模块分别与所述数据处理模块电连接，所述超高频无线定位模块分别与各所述超高频无线电测距基站电连接，所述超高频无线定位模块与所述移动标签进行无线通信，所述超声避障模块分别与各所述超声波传感器电连接，所述运动控制模块分别与各所述驱动电机电连接，所述无线通讯模块与遥控器进行无线通信；

各所述驱动电机、各所述超高频无线电测距基站和各超声波传感器均设置在所述机器人主体上，并与所述机器人主体固定；所述移动标签设置在所述遥控器上。

2.根据权利要求1所述的基于超高频无线电定位的移动机器人，其特征在于：所述机器人主体包括手推杆、固定架、前轮连接架和后轮连接架，所述手推杆、所述前轮连接架和所述后轮连接架分别与所述固定架固定。

3.根据权利要求2所述的基于超高频无线电定位的移动机器人，其特征在于：所述控制装置设置在控制装置壳体内，所述控制装置壳体设置在所述固定架上，并与所述固定架固定。

4.根据权利要求3所述的基于超高频无线电定位的移动机器人，其特征在于：各所述驱动电机通过一个关节与所述后轮连接架连接。

5.根据权利要求4所述的基于超高频无线电定位的移动机器人，其特征在于：所述超高频无线电测距基站的数量为四个，其中两个所述超高频无线电测距基站分别设置在所述前轮连接架的左前端和右前端，其他的两个所述超高频无线电测距基站分别设置在所述控制装置壳体的左后端和右后端。

6.根据权利要求5所述的基于超高频无线电定位的移动机器人，其特征在于：所述超声波传感器的数量为八个，其中四个所述超声波传感器分别设置在所述前轮连接架的左端、右端、左前端和右前端；其中两个所述超声波传感器分别设置在所述后轮连接架的左中部和右中部，其他的两个所述超声波传感器分别设置在所述控制装置壳体的左后端和右后端。

7.根据权利要求6所述的基于超高频无线电定位的移动机器人，其特征在于：所述关节包括前支架、后支架和紧固螺母，所述后轮连接架上设有轴套，所述前支架与所述轴套固定，所述后支架与所述轴套固定，各所述驱动电机包括一个定子轴，所述前支架、所述轴套、所述后支架与所述定子轴套装设置，并通过所述紧固螺母连接。

8.根据权利要求7所述的基于超高频无线电定位的移动机器人，其特征在于：所述机器人主体还包括两个万向前轮，各所述万向前轮与所述前轮连接架固定。

9.根据权利要求8所述的基于超高频无线电定位的移动机器人，其特征在于：所述遥控器包括遥控器外壳和控制单元，所述控制单元设置在所述遥控器壳体内，所述控制单元与所述无线通讯模块电连接；所述移动标签设置在所述遥控器壳体内。

10.根据权利要求9所述的基于超高频无线电定位的移动机器人，其特征在于：所述遥控器外壳上设有指示灯和按键，所述指示灯和所述按键与所述控制单元电连接，所述按键包括启停按键、模式选择按键和方向按键。