一种移动机器人导航系统及导航方法技术方案

本说明书实施例公开了一种移动机器人导航系统及导航方法，所述系统包括移动机器人、导航二维码以及导航光带，所述移动机器人包括工控机、高速相机以及光电传感器；其中，所述导航光带按照预设线路进行铺设，所述导航二维码固定设置在所述导航光带预设位置上；所述高速相机安装于所述移动机器人底部，用于获取导航二维码信息；所述光电传感器安装于所述移动机器人底部的前端位置，用于向所述导航光带发射光信号、以及接受经所述导航光带反射后的光信号；所述高速相机以及光电传感器与所述工控机连接，所述工控机获取所述高速相机以及光电传感器发送出的信号，并根据所述信号调整所述移动机器人的运动姿态。从而实现对移动机器人的精准导航。

【技术实现步骤摘要】
一种移动机器人导航系统及导航方法
本专利技术涉及机器人导航
，特别地，涉及一种移动机器人导航系统及导航方法。
技术介绍
自主导航是指移动机器人通过传感器感知环境和自身状态，实现在有障碍物的环境中面向目标的自主运动。在移动机器人相关技术的研究中，自主导航技术是体现其自动化、智能化的关键一环。传统的光电式巡线移动机器人通常通过铺设反光导航带，利用传感器检测反射光线实现自主导航。但仅铺设反光导航带，仍无法精确获得移动机器人全局位置和航向信息，不适用于复杂路径规划下的场景导航。从工程应用的角度看，目标亟需一种可以精确导航以及连续调整，适用于复杂路径规划的导航系统。
技术实现思路
本说明书实施例的目的是提供一种移动机器人导航系统及导航方法，可以实现对移动机器人的精准导航。本说明书提供一种移动机器人导航系统及导航方法是包括如下方式实现的：一种移动机器人导航系统，所述系统包括移动机器人、导航二维码以及导航光带，所述移动机器人包括工控机、高速相机以及光电传感器；其中，所述导航光带按照预设线路进行铺设，所述导航二维码固定设置在所述导航光带预设位置上；所述高速相机安装于所述移动机器人底部，用于获取导航二维码信息；所述光电传感器安装于所述移动机器人底部的前端位置，用于向所述导航光带发射光信号、以及接受经所述导航光带反射后的光信号；所述高速相机以及光电传感器与所述工控机连接，所述工控机获取所述高速相机以及光电传感器发送出的信号，并根据所述信号调整所述移动机器人的运动姿态。本说明书提供的所述系统的另一个实施例中，所述移动机器人的移动路径角度调整位置处单独设置有导航二维码，用于工控机根据导航二维码与移动机器人的相对位置关系，控制移动机器人完成指定角度的转弯动作。本说明书提供的所述系统的另一个实施例中，所述导航二维码之间的距离包括移动机器人前进方向车身长度的1/4～1/2之间的任意值。本说明书提供的所述系统的另一个实施例中，所述导航二维码的面积占高速相机视野面积的比例为1/9～1/5的任意值。本说明书提供的所述系统的另一个实施例中，所述高速相机的镜头中心与移动机器人车轮对角线的交点重合，所述高速相机扫描频率大于等于100帧/秒。本说明书提供的所述系统的另一个实施例中，所述导航光带的宽度包括一倍端子间距至三倍端子间距之间的任意值。本说明书提供的所述系统的另一个实施例中，所述光电传感器的端子为光信号发射与接收一体式集成结构。本说明书提供的所述系统的另一个实施例中，所述导航光带预设位置处设置有信号反馈带，用于光电传感器行进至信号反馈带时，提供高速相机打开或者关闭的触发信号。另一方面，本说明书实施例还提供一种基于上述任意一个实施例所述导航系统的移动机器人导航方法，所述方法包括：工控机获取出发指令后，光电传感器的端子发射的光信号经导航光带反射后被相应端子接收，工控机通过判断光电传感器接收反射光信号端子的数目与位置确定移动机器人的运动姿态，并进行调整；移动机器人到达导航二维码位置处，工控机根据光电传感器输入的触发信号控制高速相机打开，高速相机识别导航二维码图像并传输至工控机，工控机对导航二维码信息进行处理；当工控机通过导航二维码的编号确定移动机器人直行时，根据导航二维码中心与高速相机中心的距离和角度调整移动机器人的运动姿态；当工控机通过导航二维码的编号确定移动机器人转弯时，基于导航二维码码值信息中包含的调整角度及方向，根据导航二维码中心与高速相机中心的距离和角度调整车轮转速及转向，使机器人完成指定角度的转弯动作；移动机器人离开导航二维码路段后，工控机根据光电传感器输入的触发信号控制高速相机关闭，光电传感器继续为移动机器人提供巡线导航，直至行进到下一导航二维码位置。本说明书提供的所述方法的另一个实施例中，采用下述方式确定所述导航二维码中心与高速相机中心的距离和角度：根据像素坐标转化方程得到导航二维码中心与高速相机中心的坐标值；根据所述导航二维码中心与高速相机中心的坐标值确定所述导航二维码中心与高速相机中心的距离及角度。本说明书一个或多个实施例提供的一种移动机器人导航系统及导航方法，可以通过在导航光带的预设位置上设置导航二维码，并利用高速相机识别导航二维码，根据导航二维码确定机器人的全局位置信息，以及利用导航二维码与机器人的相对位置关系，进一步准确调整机器人的运动姿态，实现对机器人的位姿的精准调整。同时，还可以利用光电传感器进行导航输入信号的切换，使得导航输入信号的切换方式更加简单方便，并降低功耗。从而，利用本说明书各个实施例，可以实现对机器人在复杂路径下的自主导航和全局定位，进一步还可以提高机器人在长距离、无人控制运动场景下的可靠性。附图说明为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：图1为本说明书提供的一种移动机器人导航系统的结构示意图；图2为本说明书提供的一个实施例中的移动机器人仰视图；图3为本说明书提供的一个实施例中的导航二维码码值信息示意图；图4为本说明书提供的一个实施例中的导航二维码中心与高速相机中心的距离及角度确定示意图；图5为本说明书提供的一个实施例中的导航光带结构示意图；图6为本说明书提供的一个实施例中的导航系统通信关系示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书一个或多个实施例中的附图，对本说明书一个或多个实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于说明书一个或多个实施例，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，都应当属于本说明书实施例方案保护的范围。传统的光电式巡线移动机器人通常是铺设反光导航带，通过传感器检测反射光线实现自主导航。但仅通过铺设反光导航带，仍无法精确获得移动机器人全局位置和航向信息，不适用于复杂路径规划下的场景导航。相应的，本说明书公开了一种移动机器人导航系统及导航方法，所述系统可以包括移动机器人、导航二维码以及导航光带，所述移动机器人可以包括工控机、高速相机以及光电传感器。其中，所述导航光带可以按照预设线路进行铺设，所述导航二维码可以固定设置在所述导航光带预设位置上。所述高速相机可以安装于所述移动机器人底部，用于获取导航二维码信息。所述光电传感器可以安装于所述移动机器人底部的前端位置，用于向所述导航光带发射光信号、以及接收经所述导航光带反射后的光信号。所述高速相机以及光电传感器与所述工控机连接，所述工控机获取所述高速相机以及光电传感器发送出的信号，并根据所述信号调整所述移动机器人的运动姿态。本说明书实施例提供的上述系统，可以通过在导航光带的预设位置上设置导航二维码，在移动机器人行进的过程中，通过光电传感器识别导航光带来保证连续导航。同时，还可以通过相机识别导航二维码，根据导航二维码确定机器人的全局位置信息，以及利用导航二维码与机器人的相对位置关系，进一步准确调整机器人的运动姿态，实现对机器人的位姿的精准调整。进一步的，还可以利用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种移动机器人导航系统，其特征在于，所述系统包括移动机器人、导航二维码以及导航光带，所述移动机器人包括工控机、高速相机以及光电传感器；其中，所述导航光带按照预设线路进行铺设，所述导航二维码固定设置在所述导航光带预设位置上；所述高速相机安装于所述移动机器人底部，用于获取导航二维码信息；所述光电传感器安装于所述移动机器人底部的前端位置，用于向所述导航光带发射光信号、以及接受经所述导航光带反射后的光信号；所述高速相机以及光电传感器与所述工控机连接，所述工控机获取所述高速相机以及光电传感器发送出的信号，并根据所述信号调整所述移动机器人的运动姿态。

【技术特征摘要】
1.一种移动机器人导航系统，其特征在于，所述系统包括移动机器人、导航二维码以及导航光带，所述移动机器人包括工控机、高速相机以及光电传感器；其中，所述导航光带按照预设线路进行铺设，所述导航二维码固定设置在所述导航光带预设位置上；所述高速相机安装于所述移动机器人底部，用于获取导航二维码信息；所述光电传感器安装于所述移动机器人底部的前端位置，用于向所述导航光带发射光信号、以及接受经所述导航光带反射后的光信号；所述高速相机以及光电传感器与所述工控机连接，所述工控机获取所述高速相机以及光电传感器发送出的信号，并根据所述信号调整所述移动机器人的运动姿态。2.根据权利要求1所述的移动机器人导航系统，其特征在于，所述移动机器人的移动路径角度调整位置处单独设置有导航二维码，用于工控机根据导航二维码与移动机器人的相对位置关系，控制移动机器人完成指定角度的转弯动作。3.根据权利要求1所述的移动机器人导航系统，其特征在于，所述导航二维码之间的距离包括移动机器人前进方向车身长度的1/4～1/2之间的任意值。4.根据权利要求1所述的移动机器人导航系统，其特征在于，所述导航二维码的面积占高速相机视野面积的比例为1/9～1/5的任意值。5.根据权利要求1所述的移动机器人导航系统，其特征在于，所述高速相机的镜头中心与移动机器人车轮对角线的交点重合，所述高速相机扫描频率大于等于100帧/秒。6.根据权利要求1所述的移动机器人导航系统，其特征在于，所述导航光带的宽度包括一倍端子间距至三倍端子间距之间的任意值。7.根据权利要求1所述的移动机器人导航系统，其特征在于，所述光电传感器的端子...

【专利技术属性】
技术研发人员：王懿，郭瑞岩，段梦兰，贾子昊，王永锋，王兴泽，董凯捷，徐畅，何陶，李家洲，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11