导航避障小车系统技术方案

本发明专利技术提供一种导航避障小车系统，包括车体、单片机、光流模块、测距模块、陀螺仪、WIFI模块、电机驱动模块、电源、安卓应用、上位机。其特征在于，所述测距模块由两个左右对称，向中旋转一定角度放置的超声波模块、放置超声波模块的平台、两个与超声波模块连接的舵机和一个与平台连接的舵机组成；所述安卓应用通过调用手机Context.WIFI_SERVICE系统服务获取RSSI信息，发送给上位机进行建图；上位机采用WIFI指纹算法融合对天光流Lucas-Kanade算法所得相对位移对小车进行室内定位，融合BUG2算法和A*算法进行动态路径规划，控制小车导航与避障。控制小车导航与避障。

【技术实现步骤摘要】
导航避障小车系统


[0001]本专利技术涉及智能机器人
，具体涉及超声波避障装置、避障算法、WIFI指纹室内定位。

技术介绍

[0002]小车在运动过程中，需要对障碍物进行侦测，否则将无法触发后续的避开障碍物等操作，存在风险。主要用于小车侦测障碍物的技术有很多，如激光雷达、超声波、深度相机等，超声波传感器是成本较低的方案。
[0003]现有的采用超声波侦测障碍物的方案有二，其一，小车的运动方向上设置一个超声波模块，超声波模块发出超声波，在接触障碍物后发生反射，并被模块接收。在波速已知的情况下，根据回波的时间，便可以算出小车与障碍物的距离。由于超声波模块的测量角度约15度，若采用该方案，小车将无法对测量角度外，但会干扰小车工作的障碍物做出反应，造成不良后果。
[0004]其二，采取大量超声波模块以覆盖所有角度，可实现对所有方向距离的侦测，但功耗较大，且导致系统工作延时提高，不利于在动态环境中的工作。
[0005]Bug2算法是是常用的机器人避障算法。该算法的机制为：在当前位置与目标位置之间画一条直线，小车从左侧或右侧绕行障碍，当小车运动到直线上任意一点时，则认为避障完成。Bug2算法对小型障碍有较好的通过性，但对大型障碍，及在复杂环境中的处理均表现不佳。
[0006]无线接入点（access point，下称AP）发射信号时，电磁波内会包含许多信息，其中配置信息主要有4个，SSID（描述AP名称），BSSID（可以理解成AP的MAC地址），NETWORKID（AP数字ID），RSSI（官方称为level，描述WIFI信号强弱的值，是定位的关键信息）。
[0007]WIFI定位是应用广泛的室内定位技术，其主要算法有二，三角形与指纹位置识别。三角形算法即根据小车所接受到的来自AP的信号强度（RSSI），判断与AP的距离。当AP在三个以上时，小车可获知自身大致位置。指纹位置识别算法即小车读取AP的信号强度，并存入数据库，作为该位置的指纹，然后前往下一位置，直到该区域所有位置的指纹都存入数据库。工作时，小车读取AP的信号强度，与数据库中的指纹对比，从而获知当前位置。
[0008]对于这两种算法，AP越多，误差越小。三角形算法需要获取AP的位置，而指纹位置识别不需要，所以后者是更好的选择，但其平均误差也有1-2m，且需要投入大量的时间用于指纹匹配，不利于在动态环境中的工作。

技术实现思路

[0009]本专利技术提供一种导航避障小车系统。可工作于用于超市、仓库等室内环境，具有室内定位、导航、避障等功能。优化传统超声波测距方案，超声波侦测障碍的范围更广；对障碍物分类，避障路径更短；融合WIFI定位和对天光流，室内定位更精准，速度更快。
[0010]本专利技术提供的导航避障小车系统，包括。
[0011]车体，包括底板，顶板以及设置于底座侧面的麦克纳姆轮。
[0012]电源模块，设置于底板尾部，与单片机相连，用于供电。
[0013]单片机，设置于底板中部，与各传感器及WIFI模块相连，根据各传感器数据以及上位机指令驱动小车移动。
[0014]WIFI模块，设置于顶板尾部，与单片机相连，用于单片机与上位机间的通信。
[0015]测距模块，设置于顶板头部，与单片机相连，用于获取障碍物和车体间的距离。由两个左右对称，向中旋转一定角度放置的超声波模块，放置超声波模块的平台，两个与超声波模块连接的舵机和一个与平台连接的舵机组成，舵机可控制与其连接的物体旋转。
[0016]电机驱动模块，设置于底板头部，与单片机和电机相连，接收来自单片机的PWM信号，控制电机转速。
[0017]电机，设置于底板两侧，共四个，带动麦克纳姆轮，实现全向移动。
[0018]光流模块，设置于顶板尾部模块的摄像头朝向上方，与单片机相连，用于获取小车的位移；陀螺仪，设置于顶板中部，与单片机相连，用于获取小车的加速度。
[0019]安卓应用，与上位机通过路由通信，用于建图，以及向上位机发送小车的期望位置。
[0020]上位机，与小车和安卓通过路由通信，存放场景地图，根据小车当前位置和来自安卓应用的期望位置进行路径规划，获得路径，并发送给小车。
附图说明
[0021]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。
[0022]图1为本专利技术导航避障小车系统中小车整车结构示意图。
[0023]图2为本专利技术导航避障小车系统中小车顶板结构示意图。
[0024]图3为本专利技术导航避障小车系统中小车底板结构示意图。
[0025]图4 为本专利技术导航避障小车系统中小车各部分连接图。
[0026]图5为本专利技术导航避障小车系统中小车的测距模块示意图。
[0027]图6为本专利技术导航避障小车系统中的测距方案与一种现有测距方案的比较示意图。
[0028]图7为本专利技术导航避障小车系统中小车避障（导航）部分的tag模块程序流程图。
[0029]图8为本专利技术导航避障小车系统中小车避障（导航）部分的mode模块程序流程图。
[0030]图9为本专利技术导航避障小车系统中小车避障（导航）部分的move模块程序流程图。
[0031]图10为本专利技术导航避障小车系统中小车基于bug2算法进行避障的过程示意图。
[0032]图11为本专利技术导航避障小车系统中小车的优化避障方案和原方案比较示意图。
[0033]图12为本专利技术导航避障小车系统中使用安卓应用进行建图的流程图。
[0034]图13为本专利技术导航避障小车系统中室内定位流程图。
[0035]图14为本专利技术导航避障小车系统中路径规划流程图。
具体实施方式
[0036]下面将结合本专利技术实施例中，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0037]显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。
[0038]优化的，所述小车组成及连接方式见图1、图2、图3、图4。
[0039]测距模块1，设置于顶板5头部，与单片机7相连，用于侦测障碍物。
[0040]WIFI模块2，设置于顶板5尾部，与单片机7相连，用于单片机与上位机的交互。
[0041]光流模块3，设置于顶板5尾部，与单片机7相连，用于获取小车位移。
[0042]陀螺仪4，设置于顶板中部，与单片机7相连，用于获取小车加速度。
[0043]顶板5，用于放置测距模块1、WIFI模块2、光流模块3、陀螺仪4。
[0044]电源6，设置于底板尾部，与单片机7及电机驱动模块8相连，用于供电。
[0045]单片机7，设置于底板中部，与各传感器及WIFI模块2相连，根据各传感器数据以及上位机指令驱动小车移动。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导航避障小车系统，其特征在于，包括：车体，包括底板，顶板以及设置于底座侧面的麦克纳姆轮；单片机，设置于底板中部，与各传感器相连，根据各传感器数据以及上位机指令驱动小车移动；电机驱动模块，设置于底板头部，与单片机和电机相连，接收来自单片机的PWM信号，控制电机转速；电机，设置于底板两侧，共四个，带动麦克纳姆轮，实现全向移动；陀螺仪，设置于顶板中部，与单片机相连，用于获取小车的加速度；测距模块，设置于顶板头部，与单片机相连，用于获取障碍物和车体间的距离；电源模块，设置于底板尾部，与单片机相连，用于供电。2.如权利要求1所述的导航避障小车系统，其特征在于，所述测距模块由两个左右对称，向中旋转一定角度放置的超声波模块、放置超声波模块的平台、两个与超声波模块连接的舵机以及一个与平台连接的舵机组成。3.如权利要求1所述的导航避障小车系统，其特征在于，还包括：WIFI模块，设置于顶板尾部，与单片机相连，用于单片机与上位机间的通信；光流模块，设置于顶板尾部模块的摄像头朝向上方，与单片机相连，用于获取小车的位移；安卓应用，与上位机通过路由通信，用于建图，以及向上位机发送小车的期望位置；上位机，与小车和安卓通过路由通信，存放场景地图，根据小车当前位置和来自安...

【专利技术属性】
技术研发人员：许志航，张庭志，
申请(专利权)人：许志航，
类型：发明
国别省市：