CN106610665A - 一种基于gps的自主行进机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于GPS的自主行进机器人，包括导航、机器人控制器、电机驱动器和电机，所述导航用于指引方向及规划路线，并与外部交互信息；所述机器人控制器，用于接收导航发送指令，并根据所述导航所发送的指令发送控制信息给所述电机驱动器；所述电机驱动器，用于接收所述机器人控制器所发送的控制信息，并与所述电机通信，控制所述电机转动；所述电机用于带动机器人行进。本发明的基于GPS的自主行进机器人，机器人控制器，接收导航发送指令，并控制电机驱动器根据导航发送指令行进，通过机器人上的导航设备，下达到达某目的地的行进指令，导航设备计算出到达目的地的最佳路径，并发送行进或转向指令给机器人控制器，控制机器人向目的地行进。

Description

一种基于GPS 的自主行进机器人

【技术领域】

本发明涉及服务机器人技术领域，尤其涉及一种基于GPS的自主行进机器人。

【背景技术】

随着科技的发展，机器人越来越多的走进人们的生活中，在机器人导航领域GPS有着重大的作用。以往的GPS导航大部分应用在计算机平台及Wince***下。

计算机平台耗电高、体积大，对于机器人的体积及续航能力存在很大的限制。而Wince***近几年第三方软件少，移植难度大，使得服务类机器人的用户体验大大下降。

因此，开发一种能够自主行进的机器人亟待解决的问题。

【发明内容】

基于此，本发明的目的在于提供一种基于GPS的自主行进机器人。

为了实现本发明的目的，提供一种基于GPS的自主行进机器人，包括导航、机器人控制器、电机驱动器和电机，其中，

所述导航，用于指引方向及规划路线，并与外部交互信息；

所述机器人控制器，用于接收导航发送指令，并根据所述导航所发送的指令发送控制信息给所述电机驱动器；

所述电机驱动器，用于接收所述机器人控制器所发送的控制信息，并与所述电机通信，控制所述电机转动；

所述电机，用于带动机器人行进。

优选地，所述导航包括路线设计模块，所述路线设计模块根据目的地及机器人当前位置，计算行进路径。

优选地，所述机器人包括电子罗盘；所述导航还包括初始方向设定模块，所述初始方向设定模块根据所述电子罗盘的方向和所述行进路径，计算自转角度。

优选地，所述导航发送行进命令至所述机器人控制器，所述机器人控制器根据所述行进命令控制机器人前进；且所述机器人控制器根据所述机器人行进距离反馈重新定位指令并发送至所述导航。

优选地，所述导航包括判断模块，所述判断模块接收所述重新定位指令，并判断机器人是否在行进路线上；所述导航根据判断结果执行导航或行进路径重新规划。

优选地，所述机器人还包括两个激光传感器，所述激光传感器分别设置在所述机器人左右两端。

优选地，所述机器人还包括两个第一声纳，所述第一声纳用于防跌落检测；所述第一声纳分别设置在所述机器人前端左右角的底部。

优选地，所述第一声纳采用W型试探法进行防跌落检测。

优选地，所述机器人还包括四个第二声纳，所述第二声呐用于机器人避障检测；所述第二声呐分别设置在所述机器人的四角。

优选地，所述机器人还包括校正模块，所述校正模块根据固定间隔重新测算导航方向，并根据导航方向进行方向校正。

区别于现有技术，上述基于GPS的自主行进机器人，机器人控制器，接收导航发送指令，并控制电机驱动器根据导航发送指令行进，通过机器人上的导航设备，下达到达某目的地的行进指令，导航设备计算出到达目的地的最佳路径，并发送行进或转向指令给机器人控制器，控制机器人向目的地行进。

【附图说明】

图1为本发明一个实施例中基于GPS的自主行进机器人的机器人转弯示意图。

图2为本发明一个实施例中基于GPS的自主行进机器人的机器人防跌落示意图。

图3为本发明一个实施例中基于GPS的自主行进机器人的机器人防跌落路线图。

图4为本发明一个实施例中基于GPS的自主行进机器人的机器人转向示意 图。

【具体实施方式】

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用来限定本发明。

一种基于GPS的自主行进机器人，包括导航、机器人控制器、电机驱动器和电机。

上述导航，用于指引方向及规划路线，并与外部交互信息；上述机器人控制器，用于接收导航发送指令，并根据导航所发送的指令发送控制信息给电机驱动器；上述电机驱动器，用于接收所述机器人控制器所发送的控制信息，并与所述电机通信，控制所述电机转动；上述电机，用于带动机器人行进。

本发明的基于GPS的自主行进机器人，机器人控制器，接收导航发送指令，并控制电机驱动器根据导航发送指令行进，通过机器人上的导航设备，下达到达某目的地的行进指令，导航设备计算出到达目的地的最佳路径，并发送行进或转向指令给机器人控制器，控制机器人向目的地行进。

实施例1

本发明实施例1提供一种基于GPS的自主行进机器人，包括导航、机器人控制器、电机驱动器和电机。

其中，该导航，用于对机器人进行指引方向及规划路线，并与外部交互信息；机器人控制器，用于接收导航发送指令，并控制所述电机驱动器根据导航发送指令行进；电机驱动器，用于与电机通信，接收机器人行进控制指令并控制电机转动；电机，用于在电机驱动器的控制下带动机器人行进。

进一步优化方案中，上述导航包括路线设计模块，该路线设计模块根据目的地及机器人当前位置，计算行进路径。具体地，该路线设计模块可以集成在导航软件内，并配置有地图；使用者可在地图上搜索或点击设定机器人目的地；路线设计模块根据目的地和机器人当前所在的位置，计算最佳的行进路径。

可优选的，还包括触摸屏，该触摸屏为10.1寸并与导航连接，使用者通过 触摸屏查看行进路径，并当确认无误后，启动机器人，使机器人根据规划行进路径前往目的地。

实施例2

相比于实施例1而言，本发明实施例2提供一种基于GPS的自主行进机器人，进一步地，上述导航还包括初始方向设定模块，上述机器人包括电子罗盘。具体地，

一种基于GPS的自主行进机器人，包括导航、机器人控制器、电机驱动器和电机。

导航，用于对机器人进行指引方向及规划路线，并与外部交互信息；机器人控制器，用于接收导航发送指令，并控制所述电机驱动器根据导航发送指令行进；电机驱动器，用于与电机通信，接收机器人行进控制指令并控制电机转动；电机，用于在电机驱动器的控制下带动机器人行进。

其中，导航还包括初始方向设定模块，机器人还包括电子罗盘。基于此，初始方向设定模块根据电子罗盘的方向和所述行进路径，计算自转角度；该自转角度通过CAN发送至机器人控制器，机器人控制器使机器人完成该转向任务，并反馈指令完成信息至导航。

在计算自转角度前，还可以执行电子罗盘校准步骤：具体地，通过机器人自转一圈，以完成电子罗盘的校准。

实施例3

本发明实施例3提供一种基于GPS的自主行进机器人，包括导航、机器人控制器、电机驱动器和电机。

导航，用于对机器人进行指引方向及规划路线，并与外部交互信息；机器人控制器，用于接收导航发送指令，并控制所述电机驱动器根据导航发送指令行进；电机驱动器，用于与电机通信，接收机器人行进控制指令并控制电机转动；电机，用于在电机驱动器的控制下带动机器人行进。

其中，导航发送行进命令并发送至机器人控制器，机器人控制器控制机器 人前进；机器人行进一定距离，机器人控制器反馈重新定位指令并发送至导航，可以设定的是该距离为20米。

进一步优化方案中，导航还包括判断模块，该判断模块接收到传送至导航的重新定位指令，判断机器人是否在行进路线上；导航根据判断结果执行导航或行进路径重新规划，如果在路线上则继续导航，如果不在路线上则重新规划行进路径，直到到达目的地。

实施例4

本发明实施例4提供一种基于GPS的自主行进机器人，包括导航、机器人控制器、电机驱动器和电机。

导航，用于对机器人进行指引方向及规划路线，并与外部交互信息；机器人控制器，用于接收导航发送指令，并控制所述电机驱动器根据导航发送指令行进；电机驱动器，用于与电机通信，接收机器人行进控制指令并控制电机转动；电机，用于在电机驱动器的控制下带动机器人行进。

该机器人还包括两个激光传感器，上述激光传感器分别设置在机器人左右两端。通过上述两激光传感器设置，实现机器人转向。

具体地，当机器人距离转弯路口不足20米时，启动转弯模式。如向左转则开启左侧激光传感器，如向右转则开启右侧激光传感器。如图1所示，当激光传感器探测到连续80厘米长、10米宽的范围内无障碍，则进行转弯。转向下一条路的方向，转向完成后继续直行。

如在行进过程中，前方无法通行，则转向原来的方向，并重复执行转弯模式，直到导航GPS定位已通过路口，进行重新路径规划。

实施例5

本发明实施例5提供一种基于GPS的自主行进机器人，包括导航、机器人控制器、电机驱动器和电机。

导航，用于对机器人进行指引方向及规划路线，并与外部交互信息；机器人控制器，用于接收导航发送指令，并控制所述电机驱动器根据导航发送指令 行进；电机驱动器，用于与电机通信，接收机器人行进控制指令并控制电机转动；电机，用于在电机驱动器的控制下带动机器人行进。

上述机器人还包括两个第一声纳，该第一声纳用于防跌落检测；第一声纳分别设置在机器人前端左右角的底部，以检测并防止机器人跌落危险，并引导机器人走出跌落路段。

进一步优化方案中，该第一声纳采用W型试探法进行防跌落检测，以引导机器人走出跌落路段。

具体地，该第一声纳分别安装在机器人前端左右角的底部，当声呐返回的距离值大于2cm时，机器人测算前方有跌落危险，无法前进，并进行防跌落避障。

由于传感器(第一声纳)前脚距离机器人着力点处9.5厘米，故认为当机器人检测到有跌落时仍可向前行进9.5厘米。而机器人无法判断跌落路段边沿的形状，故采用试探的方式进行行进。

本发明实施例中，以前方可通行为基础，采用“W型试探法”进行试探。如图2所示，以前方跌落形状是线段型为例，如果左侧传感器返回距离大于2厘米，此时传感器位置如图中A点所示；则向右转135°，此时传感器位置如图中C点所示；向前前进14厘米，左转135°，向前行进直到传感器返回距离大于2厘米，重复上面步骤，直到机器人向前行进35厘米仍未检测到跌落，至此防跌落模式结束。

在防跌落模式结束后，机器人旋转自身角度与路线方向一致，并向前正常行驶。

在上述防跌落模式中，由两次向前行进14厘米，行进方向夹角为90°，如果是线段型跌落，机器人每沿跌落方向向前探测20厘米，则调整一次姿态，该探测方法兼顾探测效率(即探测一段路线需要的次数)与探测精度(每隔多远探测一次)，使人感官易于接受，且在保证不会错过非跌落地段的情况下，尽可能的减少探测次数。

由于该防跌落探测方法控制机器人走出的路线是有规律的折线组成，感官上像沿着“W”形状行进，故简称为“W型试探法”。如果是右侧传感器先检测到 有跌落存在的，则按照上述步骤，向左旋转及行进试探，以执行防跌落模式。

可优选的，在某些情况下，跌落路段的形状是不规则的，采用补充策略：如在防跌落进程中，右侧传感器也检测到探测距离大于2厘米，则机器人先自转90°，使左侧传感器到达之前右侧传感器的位置，再执行“W型试探法”。如果连续10次机器人放弃“W型试探法”，选择自转90°，或者由于防跌落已使机器人远离目的地30米，则向左旋转，并以右侧传感器为基础，进行“W型试探法”，直到找到非跌落地点。

可优选的，在某些情况下，前方路段不可通过，即机器人进入“死胡同”。默认机器人选择一条平行的道路进行试探。该策略为：如果向左及向右均未找到非跌落地点，按“W型试探法”向左转进行试探，直到机器人行进方向已经完全背离目的地，即与原来行进方向相比，旋转了180°，则采用右前方传感器向右旋转的“W型试探法”进行试探；如果通过上述步骤使行进路线回归到去往目的地的方向，则重新开始导航；如果背离目的地1000米，仍未找到非跌落路段，则报警，请求人为控制。

实施例6

本发明实施例6提供一种基于GPS的自主行进机器人，包括导航、机器人控制器、电机驱动器和电机。

导航，用于对机器人进行指引方向及规划路线，并与外部交互信息；机器人控制器，用于接收导航发送指令，并控制所述电机驱动器根据导航发送指令行进；电机驱动器，用于与电机通信，接收机器人行进控制指令并控制电机转动；电机，用于在电机驱动器的控制下带动机器人行进。

该机器人还包括四个第二声纳，上述第二声呐用于机器人避障检测；第二声呐分别设置在机器人的四角，以躲避行人及路上的固定障碍物。优选地，该第二声呐的探测距离为1米。

本实施例中，前端两第二声呐的安装方向与机器人正常行进方向一致；后端两第二声呐分别垂直于机器人正常行进方向，一端向左、一端向右。

在行进过程中，需保证第二声呐探测距离大于10厘米，如果小于10厘米， 则机器人停止运动，并原地转向远离障碍物。

如果遇到前方有障碍，即前方第二声呐探测距离小于1米，并进一步判断前方两个第二声呐哪个接收距离更长，则向该距离更长的方向进行转向，并在转向过程中行进；前端有障碍时，如果后端第二声呐也检测到有障碍，只障碍距离大于10厘米，则忽略后端障碍。直到四个第二声呐都未检测到障碍后，机器人向原方向行驶。

当机器人前端第二声呐未检测到障碍，而左右两端有一端检测到障碍，则向相反方向转向，直到四个第二声呐都未检测到障碍。当机器人前端第二声呐未检测到障碍，而左右两端均检测到障碍，则向距离障碍物远的一方转向，直到两侧检测到无障碍物。

如果左右两端障碍物均小于10厘米，则机器人原地旋转180°，在判断前方无障碍的情况下，向前行驶并继续避障处理。如果旋转180°未能解决，则旋转并寻找两端障碍物距机器人大于10厘米，前方障碍物距离机器人大于40厘米的方向。

如果原地旋转6圈之后，仍未找到避障路径，则报警并请求人为控制。

实施例7

本发明实施例7提供一种基于GPS的自主行进机器人，包括导航、机器人控制器、电机驱动器和电机。

导航，用于对机器人进行指引方向及规划路线，并与外部交互信息；机器人控制器，用于接收导航发送指令，并控制所述电机驱动器根据导航发送指令行进；电机驱动器，用于与电机通信，接收机器人行进控制指令并控制电机转动；电机，用于在电机驱动器的控制下带动机器人行进。

其中，该机器人还包括校正模块，上述校正模块根据固定间隔重新测算导航方向，并根据导航方向进行方向校正，尤其是用于路段为弯道，并不是笔直的路径的状况。该固定间隔可以优选为20米。

进一步优化方案中，还包括行进中转向模块，用于在前方障碍物距离较远 时，机器人转向采用单侧降速的方法进行转向，使机器人行驶连贯、节省能源、节省时间。

可优选的，机器人行进中转向需避免转向不急导致的撞击到前面的障碍物上，如图4所示，机器人轮距AB为42厘米，转动的半径A0为80厘米。在转向过程中，外轮走过的距离为3.14*80/2，内轮走过的距离为3.14*(80-42)/2，由于时间相同，故保障外轮速度与内轮速度的比是：

(3.14*80/2)/(3.14*(80-42))＝1.9048

即可满足行进中转向的需求，出于安全考虑，机器人转向时外侧轮保持速度不变，内侧轮减速到原有速度的0.525倍。

本发明实施例的基于GPS的自主行进机器人，机器人控制器，接收导航发送指令，并控制电机驱动器根据导航发送指令行进，通过机器人上的导航设备，下达到达某目的地的行进指令，导航设备计算出到达目的地的最佳路径，并发送行进或转向指令给机器人控制器，控制机器人向目的地行进。同时，采用避障、防跌落，控制更灵活，使得机器人更适应室外的复杂环境，增加了机器人避障时原地等待的功能，防止人为短暂的阻挡机器人行进。

需要说明的是，在本发明中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上上述仅 为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于GPS的自主行进机器人，其特征在于，包括导航、机器人控制器、电机驱动器和电机，其中，

所述导航，用于指引方向及规划路线，并与外部交互信息；

所述机器人控制器，用于接收导航发送指令，并根据所述导航所发送的指令发送控制信息给所述电机驱动器；

所述电机驱动器，用于接收所述机器人控制器所发送的控制信息，并与所述电机通信，控制所述电机转动；

所述电机，用于带动机器人行进。

2.根据权利要求1所述的基于GPS的自主行进机器人，其特征在于，所述导航包括路线设计模块，所述路线设计模块根据目的地及机器人当前位置，计算行进路径。

3.根据权利要求2所述的基于GPS的自主行进机器人，其特征在于，所述机器人包括电子罗盘；

所述导航还包括初始方向设定模块，所述初始方向设定模块根据所述电子罗盘的方向和所述行进路径，计算自转角度。

4.根据权利要求1所述的基于GPS的自主行进机器人，其特征在于，所述导航发送行进命令至所述机器人控制器，所述机器人控制器根据所述行进命令控制机器人前进；且所述机器人控制器根据所述机器人行进距离反馈重新定位指令并发送至所述导航。

5.根据权利要求4所述的基于GPS的自主行进机器人，其特征在于，所述导航包括判断模块，所述判断模块接收所述重新定位指令，并判断机器人是否在行进路线上；所述导航根据判断结果执行导航或行进路径重新规划。

6.根据权利要求1所述的基于GPS的自主行进机器人，其特征在于，所述机器人还包括两个激光传感器，所述激光传感器分别设置在所述机器人左右两端。

7.根据权利要求1所述的基于GPS的自主行进机器人，其特征在于，所述机器人还包括两个第一声纳，所述第一声呐用于防跌落检测；所述第一声纳分别设置在所述机器人前端左右角的底部。

8.根据权利要求7所述的基于GPS的自主行进机器人，其特征在于，所述第一声纳采用W型试探法进行防跌落检测。

9.根据权利要求1所述的基于GPS的自主行进机器人，其特征在于，所述机器人还包括四个第二声纳，所述第二声呐用于机器人避障检测；所述第二声呐分别设置在所述机器人的四角。

10.根据权利要求1所述的基于GPS的自主行进机器人，其特征在于，所述机器人还包括校正模块，所述校正模块根据固定间隔重新测算导航方向，并根据导航方向进行方向校正。