一种基于二维码定位的智能仓储移动机器人系统技术方案

本发明专利技术提出了一种智能仓储移动机器人系统，通包括手机客户端、机器人模块以及服务器，其中，手机客户端、服务器和机器人模块通过无线通信网络通信；机器人模块包括ARM芯片、arduino芯片、摄像头、电机驱动模块以及机器人本体；服务器采用A*路径规划算法进行路径规划，获得只含拐点坐标的路径，发送给机器人模块，实现所述机器人模块的控制及方向校正；机器人模块利用陀螺仪加里程计来进行内部定位，同时，摄像头扫描仓库地面的二维码，利用仓库二维码的布置方案进行机器人模块的外部定位，以实现对内部定位校正。本发明专利技术有效地消除了内部定位的累积误差，获得准确的定位，使机器人能更准确到达目的点准备进行货物搬运。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于智能仓储控制
，具体涉及一种智能仓储移动机器人系统。
技术介绍
随着电子商务的快速发展，现代物流仓储系统具有仓库规模巨大，存货种类繁多，对配货时间短及运行成本低的要求极高的特点，如果采用传统的人工运行方式，显然无法满足上面的要求，使用仓储机器人代替人工完成仓储系统内部的工作已经成为一种可行的方法，其前景很被看好。21世纪以来,机器人技术被认为是对未来新兴产业发展具有重要意义的高技术之一，国内外产业界对机器人技术引领未来产业发展也寄予厚望。智能仓储搬运技术的发展过程中产生过几种主流的解决方案，例如：基于传送带/传送轨道的方案：自动化仓储技术里面运用最早的一种技术，是一种主要基于传统机械的技术。该方案首先需要在建筑仓库时即进行各种复杂的规划布局，建造成本高，使用过程中耗电量大，系统健壮性低，容易因为某些部件出问题导致整个仓库系统瘫痪，维护成本高，自动化的灵活性低，只实现了自动运输，效率低，不适合现代电子商务仓库品种繁多、批次大量的特点，主要运用于一些固定的生产线等地方。基于自动导航车的方案：目前采用较多的一种方案，装备有电磁或光学等自动导引装置，它能够沿规定的导引路径行驶，一般需要在仓库地面事先布置好电磁或光学路线装置，同时由于电磁或光学等装置易受环境污染而导致自动导航车偏航且无自动校正能力而瘫痪，由于只能按照预定的路线行走，路径规划相对简单但是一般很难是整个仓库的最优路径，所以缺乏灵活性且在繁忙的仓库效率较低。基于机械手的方案：这是一种灵活性较高的方案，但是由于有效活动范围较小，不使用大范围的仓库，一般只由于小范围货物分拣及搬运。专利技术内容为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提出了一种基于二维码定位的智能仓储移动机器人系统，改进并实现了手机客户端、仓库服务端、机器人端的校准定位ARM模块、自主定位及控制模块三大部分，形成一个快速准确实现智能仓储搬运的移动机器人的系统。本专利技术具体通过如下技术方案实现：一种智能仓储移动机器人系统，包括手机客户端、机器人模块以及服务器，其中，所述手机客户端、服务器和机器人模块通过无线通信网络通信；所述机器人模块包括ARM芯片、arduino芯片、摄像头、电机驱动模块以及机器人本体；所述手机客户端扫描商品二维码获取商品信息下单并实时传送给服务器进行下一步响应；所述服务器采用A*路径规划算法进行路径规划，获得只含拐点坐标的路径，发送给所述机器人模块，实现所述机器人模块的控制及方向校正；所述机器人模块利用陀螺仪加里程计来进行内部定位，同时，所述摄像头扫描仓库地面的二维码，利用仓库二维码的布置方案进行机器人模块的外部定位，以实现对内部定位校正。本专利技术的有益效果是：本专利技术设计了完整的智能仓储机器人系统，通过对整个仓库建立合适的栅格化地图并存储在计算机里进行已知地图的路径规划，小机器人的实时定位不仅采用了陀螺仪加里程计的内部定位方式，还加入了现在非常流行的二维码技术，通过扫描按一定规则贴在地面上的存储了仓库位置信息的二维码并解码出信息对当前的内部定位进行校正，这样做有效地消除了内部定位的累积误差，获得准确的定位，使机器人能更准确到达目的点准备进行货物搬运。附图说明图1是本专利技术的智能仓储移动机器人系统硬件框架图；图2是本专利技术的智能仓储移动机器人系统软件框架设计流程图；图3是A*算法移动机器人路径规划流程图；图4(a)是改进前的路径坐标轨迹示意图；图4(b)是改进后的路径坐标轨迹示意图图5是机器人内部定位计算方法分析示意图；图6是陀螺仪地理x0y坐标系和仓库x'0y'坐标系图7是基于二维码的外部定位校正及方向校正的算法流程图。具体实施方式下面结合附图说明及具体实施方式对本专利技术进一步说明。本专利技术的智能仓储移动机器人系统以中央服务端为中心，上接手机客户端，下接ARM板及aduino板，系统硬件框架及各模块通信方案如附图1所示。整个硬件系统平台的工作过程：首先手机端APP扫描商品二维码后下单将商品信息通过公网发送到仓库的中央服务端，中央服务端在数据库获得商品的位置信息之后，根据机器人的当前位置和仓库的已知栅格化地图运用A*算法进行路径规划，计算出最优的运行路径，服务端通过WiFi模块将此路径最终传送给机器人上的arduino模块，arduino依据自身陀螺仪和里程计的定位算法和控制算法控制机器人按照规划的路径行走，同时机器人在运行过程，arm板的摄像头实时拍取地面上存取了仓库坐标的二维码并解码出坐标传输给arduino模块校准自身定位算法的累积误差，使机器人准确运行到要搬运的货物处准备搬运。机器人间和机器人内部各模块间的WiFi通信可以用其他的无线通信技术来代替，例如组网能力更强的ZigBee或者3G、4G等。如附图2所示为本专利技术设计的智能仓储移动机器人系统软件框架，下面详细阐述各个功能模块的方案及算法实现。1、服务端的改进A*路径规划算法环境建模是建立一个便于室内移动机器人进行路径规划使用的环境地图模型，首先建立栅格化地图，地图上的栅格采用行列划分的矩阵存储方法，格子的信息将记录在存储器的栅格存储阵列中的第i行、第j列，记为G(i，j)。采用这种“栅格—存储”的映射办法，可以建立起整幅地图。栅格法的模型建立起来后，就应当对模型进行信息的编码。编码格式如下：1——当前栅格有障碍，0——当前栅格无障碍。本专利技术根据实际仓库(如附图4(a)所示)布置规则的特点，提出适合机器人在栅格中的行走的规则：直行、后退、左转90度、右转90度。首先，在A*算法中给出以下定义:k——路径规划中已规划过的某一个节点；gi——路径规划搜索过程中的栅格节点；gi·x,gi·y——分别为节点的横、纵坐标；g(k)——初始节点到k的实际移动距离；h(k)——启发函数,k到Te的启发距离；f(k)——节点k的路径评价函数；O——存放等待扩展的节点的队列集合；C——存放已扩展过节点的队列集合；ne——扩展节点函数,当节点不是障碍点或之前没被扩展过，执行插入节点函数，将其插入O列表；ni()——插入节点函数,将节点按f值的大小降序放入O列表。A*算法在人工智能中是一种典型的启发式搜索算法，其启发中的估价是用估价函数表示的，如下式所示：f(k)＝g(k)+h(k)(1)从起始节点出发,依次对当前节点的子节点权重进行更新,并用子节点中权重最小者对当前节点更新,直至遍历所有节点或者到达目标节点为止。采用栅格地图和四邻域节点扩展法,将移动机器人以当前节点k到目标点Te的Euclidean距离作为启发式函数在移动机器人r路径规划过程中,采用评价函数f(k)最小的节点作为扩展节点,并将该节点存入存放已扩展过节点的队列集合的C列表,直至扩展至目标节点。附图3出A*算法的流程.通过计算获得初始规划路径Pi。用附图3所示的算法在实验环境地图中规划好一条最优路径Pi，但是路径中包含了规划轨迹中冗余点的坐标，从而导致室内移动机器人在行走过程中难以在拐点处自主进行姿态调整。针对上述问题，本专利技术对算法进行了个方面的改进：1)简化路径坐标点，仅保留路径点中的起点、拐点和终点；2)计算出机器人在拐点处的旋转方向和旋转最小角度，以便机器人能够根据拐点的角度和方向调整自身姿态。图4(a)是改进前的路径坐标轨迹，附图4(b)是改进后的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能仓储移动机器人系统，其特征在于：包括手机客户端、机器人模块以及服务器，其中，所述手机客户端、服务器和机器人模块通过无线通信网络通信；所述机器人模块包括ARM芯片、arduino芯片、摄像头、电机驱动模块以及机器人本体；所述手机客户端扫描商品二维码获取商品信息下单并实时传送给服务器进行下一步响应；所述服务器采用A*路径规划算法进行路径规划，获得只含拐点坐标的路径，发送给所述机器人模块，实现所述机器人模块的控制及方向校正；所述机器人模块利用陀螺仪加里程计来进行内部定位，同时，所述摄像头扫描仓库地面的二维码，利用仓库二维码的布置方案进行机器人模块的外部定位，以实现对内部定位校正。

【技术特征摘要】
1.一种智能仓储移动机器人系统，其特征在于：包括手机客户端、机器人模块以及服务器，其中，所述手机客户端、服务器和机器人模块通过无线通信网络通信；所述机器人模块包括ARM芯片、arduino芯片、摄像头、电机驱动模块以及机器人本体；所述手机客户端扫描商品二维码获取商品信息下单并实时传送给服务器进行下一步响应；所述服务器采用A*路径规划算法进行路径规划，获得只含拐点坐标的路径，发送给所述机器人模块，实现所述机器人模块的控制及方向校正；所述机器人模块利用陀螺仪加里程计来进行内部定位，同时，所述摄像头扫描仓库地面的二维码，利用仓库二维码的布置方案进行机器人模块的外部定位，以实现对内部定位校正。2.根据权利要求1所述的智能仓储移动机器人系统，其特征在于：所述系统包括多个机器人模块，其中，所述多个机器人模块之间通过无线组网通信的机制，实现相互信息共享，防止机器人间相互碰撞。3.根据权利要求1所述的智能仓储移动机器人系统，其特征在于：所述机器人模块还包括方向感知陀螺仪及霍尔传感器。4.根据权利要求1所述的智能仓储移动机器人系统，其特征在于：所述A*路径规划算法为改进的A*路径规划算法，改进包括：简化路径坐标点，仅保留路径点中的起点、拐点和...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩啸，张钦宇，李荣华，孙立鑫，林志达，吴夕，刘元震，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44