本發(fā)明屬于機器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種自主導(dǎo)航的機器人及其自主導(dǎo)航方法。

背景技術(shù)：

在人工智能、機器人技術(shù)發(fā)展越來越發(fā)達的今天，出現(xiàn)了很多可以自行移動的智能設(shè)備，例如家用掃地的機器人、安防巡檢機器人等，這些智能設(shè)備通?？梢宰孕懈兄苓叚h(huán)境，生成地圖并規(guī)劃行走路線。

導(dǎo)航技術(shù)是移動機器人的一項核心技術(shù)之一，它是指移動機器人通過傳感器感知環(huán)境信息和自身狀態(tài)，實現(xiàn)在有障礙的環(huán)境中面向目標的自主運動。大多數(shù)移動機器人主要的導(dǎo)航方式包括：磁導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航、視覺導(dǎo)航等。

目前的導(dǎo)航均存在不夠智能和計算復(fù)雜的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種自主導(dǎo)航機器人及自主導(dǎo)航方法，采用技術(shù)方案如下：

一種自主導(dǎo)航的機器人，包括運動模塊、控制模塊、陀螺儀、激光傳感器，所述運動模塊包括四個萬向輪、兩個方向輪和電機，所述方向輪與電機的輸出軸相連接，所述控制模塊包括數(shù)據(jù)存儲單元、數(shù)據(jù)處理單元、信息接收單元、信號輸出單元，所述電機與信號輸出單元相連接，所述陀螺儀和激光傳感器與信息接收單元相連接。

優(yōu)選地，還包括通訊模塊，所述通訊模塊與信號輸出單元相連接。

一種機器人自主導(dǎo)航方法，包括以下步驟：

（1）預(yù)存地圖：通過 SLAM 算法實現(xiàn)對周圍環(huán)境的地圖構(gòu)建和位置定位，并將地圖預(yù)存在數(shù)據(jù)存儲單元；

（2）路徑規(guī)劃：根據(jù)第一步中預(yù)存的地圖，在機器人當(dāng)前位置和目標位置之間設(shè)定最優(yōu)路徑；

（3）方向的確定：將目標路徑劃分為N等分，利用機器人內(nèi)部的陀螺儀感知機器人前進方向和目標路徑第一段的夾角，當(dāng)夾角超過一定角度時，則機器人調(diào)整方向輪先轉(zhuǎn)向，使機器人前進方向和目標路徑的第一段方向一致。

優(yōu)選地，所述一定夾角為30°。

優(yōu)選地，還包括以下步驟：

（1）障礙物的回避

在機器人前進過程中，激光傳感器從不同方向，以不同速度進行預(yù)測，看是否有障礙物以及是否會與障礙物相撞，當(dāng)機器人目前的前進方向和速度會與障礙物相撞時，則調(diào)整機器人前進方向和角度，避免與障礙物相撞。

優(yōu)選地，所述不同方向為20個不同方向，所述不同速度為20個不同速度。

優(yōu)選地，所述20個不同方向為激光傳感器掃描范圍內(nèi)均分20個方向。

優(yōu)選地，所述預(yù)測頻率為1秒鐘2-3次。

優(yōu)選地，所述目標路徑優(yōu)化評價方法如下：

（1） 禁止碰撞；

（2）距離設(shè)定加權(quán)系數(shù)a，時間設(shè)定加權(quán)系數(shù)b，且a+b等于1；當(dāng)需要距離比較短時，則設(shè)定a＞b；當(dāng)需要時間比較短時，則設(shè)定a＜b。

本發(fā)明的有益效果是：

（1）設(shè)有的兩個方向輪和陀螺儀，實現(xiàn)機器人原地轉(zhuǎn)向，減少轉(zhuǎn)向時間和距離；

（2）智能識別障礙物的類型，并可自主躲避障礙物；

（3）設(shè)有的時間或距離優(yōu)先規(guī)則，可根據(jù)需要進行設(shè)定，實現(xiàn)目標路徑的真正優(yōu)化。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中機器人的各部分連接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1萬向輪，2運動模塊，3方向輪，4電機，5通訊模塊，6信號接收裝置，7陀螺儀，8激光傳感器，9控制模塊，10信息接收單元，11數(shù)據(jù)處理單元，12數(shù)據(jù)存儲單元，13信號輸出單元。

具體實施方式

下面將結(jié)合實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。

實施例1

一種自主導(dǎo)航的機器人，包括運動模塊、控制模塊、陀螺儀、激光傳感器，所述運動模塊包括四個萬向輪、兩個方向輪和電機，所述方向輪與電機的輸出軸相連接，所述控制模塊包括數(shù)據(jù)存儲單元、數(shù)據(jù)處理單元、信息接收單元、信號輸出單元，所述電機與信號輸出單元相連接，所述陀螺儀和激光傳感器與信息接收單元相連接。

陀螺儀和激光傳感器采集機器人前進過程中的速度、角度、方向等信息，并將相關(guān)信息傳輸至信息接收單元，信息接收單元將相關(guān)信息傳輸至數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元對相關(guān)數(shù)據(jù)進行處理后，一方面將數(shù)據(jù)處理結(jié)果傳輸至數(shù)據(jù)存儲單元，另一方面?zhèn)鬏斨列盘栞敵鰡卧?，信號輸出單元將相關(guān)指令傳輸給電機，從而實現(xiàn)方向和速度的改變。

一種機器人自主導(dǎo)航方法，包括以下步驟：

（1）預(yù)存地圖：通過 SLAM 算法實現(xiàn)對周圍環(huán)境的地圖構(gòu)建和位置定位，并將地圖預(yù)存在數(shù)據(jù)存儲單元；

（2）路徑規(guī)劃：根據(jù)第一步中預(yù)存的地圖，在機器人當(dāng)前位置和目標位置之間設(shè)定最優(yōu)路徑；

（3）方向的確定：將目標路徑劃分為20等分，利用機器人內(nèi)部的陀螺儀感知機器人前進方向和目標路徑第一段（即目標路徑的前5%）的夾角，當(dāng)夾角超過30°時，則機器人的控制模塊通過控制方向輪的方向和速度來實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，使機器人前進方向和目標路徑的第一段方向一致。

（4）障礙物的回避

在機器人前進過程中，激光傳感器從20不同方向，以20不同速度以每秒2-3次的頻率進行預(yù)測，看是否有障礙物，當(dāng)有障礙物時，則通過障礙物與機器人之間的距離變化來判斷障礙物的類型（障礙物是靜止還是運動的）以及是否會與障礙物相撞。當(dāng)機器人目前的前進方向和速度會與障礙物相撞時，則調(diào)整機器人前進方向和角度，避免與障礙物相撞。

其中，20個不同方向為激光傳感器掃描范圍內(nèi)均分20個方向。本實施例中激光傳感器的測量角度范圍為180°，則不同方向之間的夾角為9°。

本發(fā)明中，所述目標路徑優(yōu)化評價方法如下：

（1）禁止碰撞；

（2）距離設(shè)定加權(quán)系數(shù)0.5，時間設(shè)定加權(quán)系數(shù)0.5，計算出時間和距離的加權(quán)和最小值，即為最優(yōu)目標路徑。

實施例2

與實施例1不同，所述自主導(dǎo)航機器人還包括通訊模塊，所述通訊模塊與信號輸出單元相連接。

當(dāng)目標位置與機器人當(dāng)前位置不在同一個房間，機器人需要經(jīng)過門，才能到達目標點，而在機器人前進過程中，門是關(guān)閉的。

機器人行進到門的位置時，因為門是關(guān)閉的，機器人默認門是障礙物，從而繞行，在繞行方向前進一段距離后，陀螺儀感知機器人前進方向和目標路徑方向不一致（即前進方向與目標路徑前端之間的夾角超過30°），此時機器人轉(zhuǎn)向，調(diào)整前進方向。

當(dāng)經(jīng)過兩次嘗試后，機器人自主判定門這里是最優(yōu)路徑的必經(jīng)點，機器人在門的位置等待。如果等待10分鐘后，門依然關(guān)閉，即障礙依然存在，則機器人將相關(guān)位置信息通過通訊模塊發(fā)送信號接收裝置，所述信號接收裝置為手機或者計算機，并返回原位置。也可設(shè)定程序讓機器人繼續(xù)等待。

顯然，以上所述實施例僅僅是本發(fā)明部分優(yōu)選實施例，而不是全部的實施方式?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。