[發明專利]一種基于機器人的開放式自動化導航方法及系統

有效

• 申請號: 201710556047.X
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN107219853B
• 公開（公告）日: 2023-10-20
• 發明（設計）人: 張德雨;閆天翼;董一名;黃一恒;徐偉;董小楠
• 申請（專利權）人: 張德雨
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;G01C21/34
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 李愛英;郭德忠

技術領域

本發明涉及自動化導航系統技術領域，具體涉及一種基于機器人的開放式自動化導航方法及系統。

背景技術

目前，對于醫院、超市以及物流服務的場景，一般采用導航機器人完成貨物的運輸過程。傳統的導航系統的導航方式采用紅外、激光或CCD巡線方式，機器人沿指定規劃路線精確運行且誤差在毫米級別。但采用巡線方式導航中路徑的為固定路徑，對于一些需要避障以及自主規劃路徑的場合，巡線導航方式無法實現自主路徑規劃，使用具有局限性；另外由于是基于巡線進行導航，在空間大的情況下，需要全部貼條，耗費大量人力，物力，并且影響美觀，有時還需要對導航環境做整體改造以保證足夠的空間貼條。

有人提出采用定位配合最短路徑規劃算法的自動化導航方式；其中，所述定位為基于激光雷達或CCD成像的SLAM定位、基于無線基站的基站定位或利用陀螺儀/加速度計及碼盤的基于里程的定位，定位精度為5～10cm，利用A*算法或改進的A*算法進行最短路徑規劃。采用定位配合最短路徑規劃算法的自動化導航方式，在路徑規劃過程對路徑的規劃有著不確定性，對于存在貨架形成的窄道，或人流比較多以及需要機器人大幅度轉角的場景，機器人如果把路徑規劃在上述場景中，機器人的運動會出現長時間堵塞、速度緩慢；另外，在一些特定的環境的局部區域中，需要對機器人進行高精度的導航。因此定位配合最短路徑規劃算法的自動化導航方式不能適用一些有特定需求的場景。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種基于機器人的開放式自動化導航方法及系統，實現在用戶對部分路徑干預下的自動化導航功能，同時實現不同的定位精度。

本發明通過以下技術方案來實現，基于機器人的開放式自動化導航方法包括如下步驟：

步驟1，依據機器人所運行的導航環境和用戶需求，確定一般導航區、精確導航區、精確導航區入口、精確導航區出口、主路徑區以及導航終點；

主路徑區內設有兩個以上的路徑端點，每個路徑端點都只與其相鄰路徑端點之間有路徑；各路徑端點之間的路徑形成路徑網絡；其中以距離機器人當前位置最近的路徑端點為主路徑區入口，以距離導航終點最近的路徑端點為主路徑區出口；

步驟2，獲取機器人實時數據，識別機器人當前位置，當機器人處在一般導航區時，利用自動化導航方式進行導航；當機器人處在精確導航區時，利用巡線導航方式進行導航；當機器人處在主路徑區時，基于步驟1得到的路徑網絡，利用迪杰斯特拉算法，規劃主路徑區入口與主路徑區出口之間的路徑，得到主路徑，機器人沿主路徑運動，實現導航。

其中，精確導航區內設有緩沖條和巡線條；所述緩沖條連接精確導航區入口與巡線條起點，巡線條終點為精確導航區出口；自精確導航區入口到巡線條起點，緩沖條的寬度由5～10cm逐漸減小至0.5～1cm，緩沖條的長度介于20cm～100cm之間。

較佳地，自動化導航方式采用A*算法完成。

其中，緩沖條和巡線條為具有顏色辨識度的條。

基于機器人的開放式自動化導航系統包括服務器、傳感器和控制器；

服務器用于設定一般導航區、精確導航區、精確導航區入口、精確導航區出口、主路徑區以及導航終點，并將設定的數據傳輸至控制器；其中一般導航區內標定有兩個以上路徑端點；每個路徑端點都只與其相鄰路徑端點之間有路徑；各路徑端點之間的路徑形成路徑網絡；

傳感器用于采集機器人及環境的實時數據并將實時數據發送給控制器；

控制器包括自動定位單元、精確定位單元和虛擬循跡單元；

控制器基于服務器提供的數據以及傳感器發送的機器人及環境的實時數據，識別機器人處于一般導航區、精確導航區或主路徑區，根據不同的識別結果控制機器人進行不同方式的導航：

當機器人處在一般導航區時，自動定位單元開啟，自動定位單元用于控制機器人利用自動化導航方式進行自動化導航；

當機器人處在精確導航區時，精確定位單元開啟，精確定位單元用于控制機器人利用巡線導航方式進行導航；

當機器人處在主路徑區時，虛擬循跡單元開啟，虛擬循跡單元基于路徑網絡，利用迪杰斯特拉算法，規劃主路徑區入口與主路徑區出口之間的路徑，得到主路徑并控制機器人沿主路徑運動。

其中，精確導航區內有緩沖條和巡線條；所述緩沖條連接精確導航區入口與巡線條起點，巡線條終點為精確導航區出口；自精確導航區入口到巡線條起點，緩沖條的寬度由5～10cm逐漸減小至0.5～1cm，緩沖條的長度介于20cm～100cm之間。