[发明专利]一种机器人室内定位及自主导航系统

权利要求书

1.一种机器人室内定位及自主导航系统，其特征在于：结合了交流磁场导轨和RFID技术，室内地面预先整体铺设有网状交变磁场轨道，网状交变磁场轨道的交点即为节点；各个节点处均安装有RFID读写器能够读取的IC卡，该IC卡中存储有该节点的位置坐标信息；首先根据RFID读写器读取机器人当前所处位置坐标信息；然后用户在机器人中输入目标位置信息，获取目标位置坐标；再利用相对位置算法，计算机器人需要从当前所处位置坐标到达目标位置坐标的分别需要在X轴和Y轴方向移动的节点个数，从而实时进行路径规划，以引导用户到达目标位置；

采用超声波产生装置实时检测是否有障碍物，具体方法为：根据超声波产生装置产生的超声波信号实时检测机器人前方是否有障碍物，若是，则超声波信号会反弹，再检测出发出超声波信号到接收反弹回来的超声波信号的时间差Tw，通过公式：Distance＝Tw×340m/s，计算出前方障碍物的距离，从而判断出前方有障碍物，并将机器语言翻译成语音形式通过语音播放单元提醒用户前方有障碍物，需要躲避，首先机器人等待2秒，2秒后如判断得到的是无障碍物则继续前进，如判断得到的还是有障碍物，则回到上一个节点，根据回到的节点位置坐标，通过相对位置变换算法重新规划前进路径；若无，则机器人继续直线前进；

在机器人前端横向并列等间距安装有四路电感L1、L2、L3和L4，分别用来产生感应电动势，以便根据感应电动势的变化判断机器人是否需要转向；当不转向时，电感L1和L4产生的感应电动势最大，电感L2和L3产生的感应电动势最小，当逐渐靠近转向节点时，电感L1和L4产生的感应电动势逐渐减少，电感L2和L3产生的感应电动势逐渐增强；

微控制器通过A/D采集器采集到四路感应电动势后，通过归一化处理将感应电动势统一归一到0到1000内的值，0表示磁通量为0时候，1000表示电感完全垂直切割磁感线，感应电动势最大的时候；

机器人正常前进时，电感L2和L3产生的感应电动势为零，通过对比电感L1和L4产生的感应电动势E1和E4的大小进行判断机器人的前进方向：

当E1E4时，机器人所处位置相对于网状交变磁场轨道偏右，因此需要向左修正机器人的前进方向；

当E4E1时，机器人所处位置相对于网状交变磁场轨道偏左，因此需要向右修正机器人的前进方向；

为了减小微控制器的负担，具体修正算法采用增量式PID算法；将电感L1和L4产生的两个感应电动势的差值作为输入R(t)，输出Y(t)设置为0，则偏差E(t)＝R(t)-Y(t)，根据如下的PID算法公式，计算出输出控制量u(t)，修正机器人的转向：

2.如权利要求1所述的一种机器人室内定位及自主导航系统，其特征在于：所述网状交变磁场轨道设置为20KHz。

3.如权利要求1所述的一种机器人室内定位及自主导航系统，其特征在于：超声波产生装置安装在电感L2和L3的中间位置，根据超声波产生装置产生的超声波实时监测机器人前方是否存在障碍。

4.如权利要求1所述的一种机器人室内定位及自主导航系统，其特征在于：机器人中安装的语音识别单元，用来播放识别出的目标位置让用户进行确认是否正确及提醒用户到达目标位置的语音。

5.如权利要求1所述的一种机器人室内定位及自主导航系统，其特征在于：机器人中安装的电源转换稳压单元用来将电源电压转换为各个单元需要的电压。