一种使用红外和霍尔传感器的机器人集群自动编队系统及编队方法技术方案

本发明专利技术公开了一种使用红外和霍尔传感器的机器人集群自动编队系统及编队方法，其特征在于：所述的霍尔传感器与主控器连接，四个霍尔传感器分布在机器人的前后左右四个方向上，若干个红外接收二极管和红外发射二极管均匀分布在机器人同一半径的圆周上，红外接收二极管和红外发射二极管都与主控器连接，磁阻传感器和电磁铁都与主控器连接，四个电磁铁分布在机器人的前后左右四个方向上，麦克纳姆轮安装在执行机构末端且执行机构与主控器连接，无线透传模块与主控器相连。本发明专利技术具有功耗低、精度高、技术成熟等优点，可以稳定、高效地实现机器人集群的自动编队。器人集群的自动编队。

【技术实现步骤摘要】
一种使用红外和霍尔传感器的机器人集群自动编队系统及编队方法


[0001]本专利技术属于自动控制
，具体涉及一种使用红外和霍尔传感器的机器人集群自动编队系统及编队方法。

技术介绍

[0002]近年来，在国家一系列的政策支持和市场需求的拉动下，我国机器人产业发展进入快车道，市场规模不断扩大，产业体系基本形成，骨干企业快速成长，跨界巨头纷纷涌入。其中，机器人集群因单个机器人成本低、任务自适应性强、维护方便等特点，在国内工业领域取得了一定的应用案例。在机器人集群控制算法中，编队技术是不可缺少的一环，是机器人集群协调运行的关键。
[0003]在机器人集群的控制算法中，机器人个体的自行编队是非常重要的部分，在集群控制中起到软硬件初始化、通信网络分配等作用，直接影响到整个集群运动的协调性、高效性与可靠性，是机器人集群系统中必不可少的步骤。同时，随着计算机、微机电等技术的不断发展、成熟，微型机器人也在逐步深入发展，得到越来越广泛的应用。因此，快速、有效地进行机器人集群的编队显得尤为重要。传统的使用激光、超声波、摄像头的定位编队方案，因体积过大、功耗过高、控制算法复杂等原因，在实际应用中受到诸多限制。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种使用红外和霍尔传感器的机器人集群自动编队系统及编队方法，其具有功耗低、精度高、技术成熟等优点，可以稳定、高效地实现机器人集群的自动编队。
[0005]为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0006]一种使用红外和霍尔传感器的机器人集群自动编队系统，其特征在于：包括霍尔传感器、红外接收二极管、磁阻传感器、主控器、电磁铁、无线透传模块、红外发射二极管、麦克纳姆轮和执行机构，所述的霍尔传感器与主控器连接，四个所述的霍尔传感器分布在机器人的前后左右四个方向上，若干个所述的红外接收二极管和红外发射二极管均匀分布在机器人同一半径的圆周上，所述的红外接收二极管和红外发射二极管都与主控器连接，所述的磁阻传感器和电磁铁都与主控器连接，四个所述的电磁铁分布在机器人的前后左右四个方向上，所述的麦克纳姆轮安装在执行机构末端且执行机构与主控器连接，所述的无线透传模块与主控器相连。
[0007]上述的主控器中安装有电源模块。
[0008]上述的无线透传模块中安装有工作状态指示灯。
[0009]上述的主控器中设有信号处理模块。
[0010]一种使用红外和霍尔传感器的机器人集群自动编队系统的编队方法，其特征在于：包括以下步骤：
[0011]步骤一：人为设置机器人Ⅰ作为原点机器人，机器人Ⅱ为主动机器人，此时机器人Ⅰ固定不动，通过磁阻传感器读取自身相对于地磁北极点朝向，将数据通过无线透传模块通过广播的方式发送至其余所有机器人单元，随后机器人Ⅰ开启自身携带的所有电磁铁，其余机器人单元通过执行机构控制麦克纳姆轮，使机器人单元做原地旋转运动，直至自身相对于地磁北极点朝向与机器人Ⅰ相同；
[0012]步骤二：机器人Ⅰ使用8个红外发射二极管以250HZ的频率向外发送红外信号，由于每个红外发射二极管都具有45
°
以上的发射角度，8个红外发射二极管即可360
°
向外辐射红外信号，此时机器人Ⅰ可近似看作一个红外点光源，机器人Ⅱ通过红外接收二极管接收到机器人Ⅰ发出的红外信号后，通过计算多个红外接收二极管所得信号得知H处的红外接收二极管具有最大的信号强度，进而即可得知机器人Ⅰ相对于机器人Ⅱ的大致位置；
[0013]步骤三：机器人Ⅱ向前方运动，直至H处和F处的红外接收二极管接收到近似大小强度的红外信号，同时G处的红外接收二极管具有最大的红外信号强度，此时可判断机器人Ⅰ与机器人Ⅱ水平对齐；
[0014]步骤四：机器人Ⅱ向左运动，直至G处红外接收二极管获得预设的最大信号强度，此时机器人Ⅰ和机器人Ⅱ距离相近，可以建立起稳定有效的红外通信系统，机器人Ⅱ开启靠近机器人Ⅰ一侧的电磁铁，通过前后方向微调，通过霍尔传感器读取磁场强度变化，当磁场最强时，机器人Ⅰ与机器人Ⅱ有着最高的编队精度，此时双机器人编队完成。
[0015]本专利技术采用红外发射二极管和红外接收二极管作为机器人相对位置定位器件，具有功耗低、精度高、技术成熟等优点，配合电磁铁以及霍尔传感器，可以在小范围内进行更高精度的定位；采用磁阻传感器作为电子指南针获得机器人自身朝向数据，使得本方案可以应用于所有正多边形机器人中，大大扩展本方案的应用范围；采用麦克纳姆轮作为运动部件，可实现机器人的全向移动和原地旋转，在保证运动精度的同时降低控制算法复杂度，提升机器人运动灵活性；无线透传模块负责建立机器人集群广播通信信道，用于未编队机器人获知已编队机器人角度信息从而调整自身状态；同时，采用红外发射二极管、红外接收二极管与无线透传模块还可复用为点对点通信和广播通信电路，简化机器人电路设计，易于与现有机器人电路集成；通过PWM调制红外发射二极管发射波形，可以有效消除外部环境干扰；通过霍尔传感器和电磁铁，可以在近距离范围内提升编队精度；根据机器人的坐标位置，通过机器人之间的相互通信，可以在集群编队的同时为每台机器人分配单独的编号，为后续机器人集群提供控制依据，可以稳定、高效地实现机器人集群的自动编队；在人为设置机器人Ⅰ为原点机器人后，机器人Ⅰ的编号自动设置为0000，在多机器人编队完成后，机器人可通过与以经完成编队的其他机器人获得自身相对于原点机器人的相对位置并计算坐标，将坐标作为机器人的编号。
[0016]本专利技术的优点在于以下几点：具有功耗低、精度高、技术成熟等优点，可以稳定、高效地实现机器人集群的自动编队；通过磁阻传感器调整机器人自身朝向，可以将本系统应用于正多边形机器人的编队中，极大地扩展了本方案的应用范围；通过PWM调制红外发射二极管发射波形，可以有效消除外部环境干扰；通过霍尔传感器和电磁铁，可以在近距离范围内提升编队精度；根据机器人的坐标位置，通过机器人之间的相互通信，可以在集群编队的同时为每台机器人分配单独的编号，为后续机器人集群提供控制依据。
附图说明
[0017]图1是本专利技术的结构原理图；
[0018]图2是本专利技术传感器的分布图；
[0019]图3是本专利技术双机器人自动编队过程示意图。
[0020]其中的附图标记为：霍尔传感器1、红外接收二极管2、磁阻传感器3、主控器4、电磁铁5、无线透传模块6、红外发射二极管7、麦克纳姆轮8、执行机构9。
具体实施方式
[0021]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作出进一步说明：
[0022]实施例一：
[0023]一种使用红外和霍尔传感器的机器人集群自动编队系统，其特征在于：包括霍尔传感器1、红外接收二极管2、磁阻传感器3、主控器4、电磁铁5、无线透传模块6、红外发射二极管7、麦克纳姆轮8和执行机构9，所述的霍尔传感器1与主控器4连接，四个所述的霍尔传感器1分布在机器人的前后左右四个方向上，若干个所述的红外接收二极管2和红外发射二极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种使用红外和霍尔传感器的机器人集群自动编队系统，其特征在于：包括霍尔传感器(1)、红外接收二极管(2)、磁阻传感器(3)、主控器(4)、电磁铁(5)、无线透传模块(6)、红外发射二极管(7)、麦克纳姆轮(8)和执行机构(9)，所述的霍尔传感器(1)与主控器(4)连接，四个所述的霍尔传感器(1)分布在机器人的前后左右四个方向上，若干个所述的红外接收二极管(2)和红外发射二极管(7)均匀分布在机器人同一半径的圆周上，所述的红外接收二极管(2)和红外发射二极管(7)都与主控器(4)连接，所述的磁阻传感器(3)和电磁铁(5)都与主控器(4)连接，四个所述的电磁铁(5)分布在机器人的前后左右四个方向上，所述的麦克纳姆轮(8)安装在执行机构(9)末端且执行机构(9)与主控器(4)连接，所述的无线透传模块(6)与主控器(4)相连。2.根据权利要求1所述的一种使用红外和霍尔传感器的机器人集群自动编队系统，其特征在于：所述的主控器(4)中安装有电源模块。3.根据权利要求1所述的一种使用红外和霍尔传感器的机器人集群自动编队系统，其特征在于：所述的无线透传模块(6)中安装有工作状态指示灯。4.根据权利要求1所述的一种使用红外和霍尔传感器的机器人集群自动编队系统，其特征在于：所述的主控器(4)中设有信号处理模块。5.一种权利要求1
‑
4中任一项所述的一种使用红外和霍尔传感器的机器人集群自动编队系统的编队方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：人为设置机器人Ⅰ作为原点机器人，机器人Ⅱ为主动机...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文韬，李京，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：