一种应用于机器人行走的无轨导航系统的制作方法

本发明属于机器人无轨导航，具体为一种应用于机器人行走的无轨导航系统。

背景技术：

1、机器人在行走时常用的引导定位方式有红外图像定位、航迹推算定位以及局部超声网络定位等。红外图像定位得到的数据为实时的、无累计误差的定位数据，虽然精度较高，但是定位频率低，一般只能达到10hz。航迹推算定位的数据采集频率较高，可达到100hz左右，但定位随着时间和距离的增长会产生累计误差。局部超声网络定位在局部定位方面效果较好，但不能覆盖全部工作区域。

2、上述各种定位方式均通过单个定位传感器实现定位，但是当针对精确对接领域时，不同情景下的单个定位传感器通常会因为数据不稳定、精度低或者具有累计误差等因素影响，而不能满足自主导航与对接要求。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种应用于机器人行走的无轨导航系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种应用于机器人行走的无轨导航系统，包括主控单元、导航单元、环境信息采集模块、智能导航算法模块以及无线通讯模块，并通过无线通讯模块与机器人的电机控制模块进行无线通讯；

3、所述的导航单元包括导航执行模块、导航切换模块以及导航选择模块，用于对机器人的行走进行无轨导航；

4、所述的环境信息采集模块，用于对机器人当前行走的行走环境进行采集和分析，通过导航执行模块输出的数据获取环境相关数据，得到参考环境信息，分析出当前的行走环境；

5、所述的地图构建模块，用于将环境信息采集模块得到的参考环境信息，建立带有运行场景的三维地图模型，所述的运行场景基于对应的无轨导航的导航方式进行场景绘制，并且根据实时采集信息进行地图模型的更改；

6、所述的智能导航算法模块，用于对无轨导航系统采用神经网络技术进行机器学习，通过系统中的传感器数据训练自组织神经网络，无轨导航系统在长期训练后实现自主式无轨导航；

7、所述的无线通讯模块，用于该无轨导航系统与机器人的电机控制模块进行交互，实现该无轨导航系统对机器人行走进行实时导航。

8、进一步优化本技术方案，所述的无轨导航系统在创建系统需要结合以下配置的硬件进行功能设计，硬件配置需要intel i77700k的cpu处理器或以上、8g ddr4内存或以上、intel hm65主板芯片或以上、500g sata 3.0硬盘或以上以及amd系列的独立显卡。

9、进一步优化本技术方案，所述导航执行模块内置了多种导航方式，包括惯性导航、视觉导航、传感器数据导航以及gps导航，分别用于各种不同的行走环境；行走环境包括室内和室外环境、结构化环境和非结构化环境。

10、进一步优化本技术方案，所述主控单元完成指令发布、机器人电机控制和机器人运行状态信息上传的功能；其中，机器人电机控制的电路利用l298芯片构成差动方式驱动电机运行，通过主控单元驱动pwm信号控制电机转速，并且采用pid闭环控制，用于保证该无轨导航系统与机器人的交互运行状态，所述的无轨导航系统可以运行在windows和mac os操作系统上。

11、进一步优化本技术方案，所述智能导航算法模块中内置一个基于自组织神经网络的学习模型，通过传感器数据训练自组织神经网络，机器人积累关于行走环境的知识，自组织神经网络接收传感器数据作为输入，直接输出机器人电机控制信号。

12、进一步优化本技术方案，所述导航执行模块用于启动无轨导航的导航方式，导航切换模块用于根据环境信息采集模块反馈的环境信息切换到合适的无轨导航的导航方式，导航选择模块用于确定无轨导航的导航方式，主控单元根据导航方式建立相对应的导航地图。

13、进一步优化本技术方案，所述三维地图模型中建立好根据导航方式建立相对应的导航地图后，若采用惯性导航，则使用陀螺仪和加速度计进行机器人的定位；若采用传感器数据导航，则使用图像数据和红外、超声波传感器数据进行机器人的定位；若采用视觉导航，则使用图像信息采集到的地图模型和机器人根据自身探测的周围环境信息构建局部地图进行匹配定位；若采用gps导航，则使用gps技术对机器人进行定位。

14、与现有技术相比，本发明提供了一种应用于机器人行走的无轨导航系统，具备以下有益效果：

15、该应用于机器人行走的无轨导航系统，通过设置四种不同的无轨导航方式，当针对精确对接领域时，不同情景下的单个无轨导航方式会协同其他无轨导航方式进行数据处理，满足自主导航与对接要求；同时，该应用于机器人行走的无轨导航系统，会根据不同情景下的环境信息，切换不同的无轨导航方式，并采用人工智能的方式训练该无轨导航系统，积累关于行走环境的知识，实现自主式无轨导航。

技术特征：

1.一种应用于机器人行走的无轨导航系统，其特征在于，包括主控单元、导航单元、环境信息采集模块、智能导航算法模块以及无线通讯模块，并通过无线通讯模块与机器人的电机控制模块进行无线通讯；

2.根据权利要求1所述的一种应用于机器人行走的无轨导航系统，其特征在于，所述的无轨导航系统在创建系统需要结合以下配置的硬件进行功能设计，硬件配置需要inteli77700k的cpu处理器或以上、8g ddr4内存或以上、intel hm65主板芯片或以上、500g sata3.0硬盘或以上以及amd系列的独立显卡。

3.根据权利要求1所述的一种应用于机器人行走的无轨导航系统，其特征在于，所述导航执行模块内置了多种导航方式，包括惯性导航、视觉导航、传感器数据导航以及gps导航，分别用于各种不同的行走环境；行走环境包括室内和室外环境、结构化环境和非结构化环境。

4.根据权利要求1所述的一种应用于机器人行走的无轨导航系统，其特征在于，所述主控单元完成指令发布、机器人电机控制和机器人运行状态信息上传的功能；其中，机器人电机控制的电路利用l298芯片构成差动方式驱动电机运行，通过主控单元驱动pwm信号控制电机转速，并且采用pid闭环控制，用于保证该无轨导航系统与机器人的交互运行状态，所述的无轨导航系统可以运行在windows和mac os操作系统上。

5.根据权利要求1所述的一种应用于机器人行走的无轨导航系统，其特征在于，所述智能导航算法模块中内置一个基于自组织神经网络的学习模型，通过传感器数据训练自组织神经网络，机器人积累关于行走环境的知识，自组织神经网络接收传感器数据作为输入，直接输出机器人电机控制信号。

6.根据权利要求1所述的一种应用于机器人行走的无轨导航系统，其特征在于，所述导航执行模块用于启动无轨导航的导航方式，导航切换模块用于根据环境信息采集模块反馈的环境信息切换到合适的无轨导航的导航方式，导航选择模块用于确定无轨导航的导航方式，主控单元根据导航方式建立相对应的导航地图。

7.根据权利要求1所述的一种应用于机器人行走的无轨导航系统，其特征在于，所述三维地图模型中建立好根据导航方式建立相对应的导航地图后，若采用惯性导航，则使用陀螺仪和加速度计进行机器人的定位；若采用传感器数据导航，则使用图像数据和红外、超声波传感器数据进行机器人的定位；若采用视觉导航，则使用图像信息采集到的地图模型和机器人根据自身探测的周围环境信息构建局部地图进行匹配定位；若采用gps导航，则使用gps技术对机器人进行定位。

技术总结本发明公开了一种应用于机器人行走的无轨导航系统，属于机器人无轨导航技术领域，包括主控单元、导航单元、环境信息采集模块、智能导航算法模块以及无线通讯模块，并通过无线通讯模块与机器人的电机控制模块进行无线通讯。该应用于机器人行走的无轨导航系统，通过设置四种不同的无轨导航方式，当针对精确对接领域时，不同情景下的单个无轨导航方式会协同其他无轨导航方式进行数据处理，满足自主导航与对接要求；同时，该应用于机器人行走的无轨导航系统，会根据不同情景下的环境信息，切换不同的无轨导航方式，并采用人工智能的方式训练该无轨导航系统，积累关于行走环境的知识，实现自主式无轨导航。技术研发人员：丁敏刚,周文宾,李以文,周军,包轩瑜,李慧蓉,张旭然受保护的技术使用者：杭州华电半山发电有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18