[发明专利]一种机器人室内定位及自主导航系统

说明书

本发明提供了一种机器人室内定位及自主导航系统，采用RFID读写器识别地面预先设置的IC卡，从而确定机器人当前所处位置坐标；采用四路电感识别铺设的20kHz交变磁场产生的感应电动势作为路径导航信号；利用超声波实时检测机器人前方是否存在障碍物，实现了机器人在导航过程中的障碍检测与规避；结合采用语音识别与语音播放进行人机交互，最终实现自主导航传输。本发明的有益效果是：增强了系统自主导航能力，降低了系统成本，有利于市场实现，具有较好的工业价值和应用前景。

技术领域

本发明涉及自动控制领域，尤其涉及一种机器人室内定位及自主导航系统。

背景技术

目前室外定位以及导航主要通过GPS实现定位，摄像头实现环境信息的采集处理。但由于GPS只能实现数米级的定位，所以只能适于在大范围内的定位导航，并且在室内GPS信号较弱，无法正常工作；摄像头采集环境信息时对中央处理器的要求较高，涉及的算法较为复杂，运行成本高，并且容易受到光线的影响，在室内出现遮挡的情况下，很难进行正常工作。

就目前来说对于大型公共设施、大型酒店、工厂等大型建筑内部人群对道路指引的需求很大，且目前这些地方大多只是采用人工引导或设立方向指示牌的方式。人工引导或设立方向指示牌分别受限于人力资源有限、成本过高和指示牌的数量有限等问题，难以帮助人们迅速准确找到目的地。因此亟需研究一种室内智能定位及导航系统。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种机器人室内定位及自主导航系统及方法，该系统及方法以交流磁场导轨和RFID技术相结合的方式实现室内定位和导航，更加高效和精确的帮助人们快速安全地到达目的地，而且成本较低。本发明可广泛的运用于大型机场、候车厅机器人导航服务以及仓库工厂中机器人的无人搬运。

用户通过向机器人语音输入自己需要前往的目的地信息；智能机器人通过室内地上预先铺设的低成本磁感应条感应出当前行人的具体位置，并规划行人达到目的地的前进路线进行导航；同时该机器人通过传感器监测和多机器人协作检测行进过程中的行人和各种障碍物，并与乘客保持交互，及时进行绕避行人和各种障碍物，高效安全的引导行人达到设定的目的地。

一种机器人室内定位及自主导航系统，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。

进一步地，所述网状交变磁场轨道可设置为20KHz。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，超声波实时检测是否有障碍物的方法为：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。