專利名稱：一種機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)及導(dǎo)航方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)，用于可安 裝無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)環(huán)境下的機(jī)器人定位和自動(dòng)導(dǎo)航。
背景技術(shù)：
移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航是實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜環(huán)境下機(jī)器人系統(tǒng)依靠傳感器技術(shù)和 人工智能技術(shù)，從出發(fā)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到目的點(diǎn)的系統(tǒng)和方法。常見(jiàn)的導(dǎo)航方式 有電磁導(dǎo)航、光反射導(dǎo)航、視覺(jué)導(dǎo)航、味覺(jué)導(dǎo)航等。電磁導(dǎo)航也稱為地下埋線導(dǎo)航，其原理是在路徑上連續(xù)埋設(shè)多條引 導(dǎo)電纜，分別流過(guò)不同頻率的電流，通過(guò)感應(yīng)線圈對(duì)電流的檢測(cè)來(lái)感知路徑信息。該技術(shù)成本高，布置、改造和維護(hù)困難；光反射導(dǎo)航的原理 是在路徑上連續(xù)鋪設(shè)光反射條，雖然成本較低，但與電磁導(dǎo)航一樣，系 統(tǒng)布置、改造和維護(hù)困難，不利于實(shí)現(xiàn)大面積范圍內(nèi)的導(dǎo)航；視覺(jué)導(dǎo)航 方式具有信號(hào)探測(cè)范圍寬、獲取信息完整等優(yōu)點(diǎn)，但由于要處理大量的 實(shí)時(shí)視頻信息，對(duì)處理器計(jì)算能力要求非常高，不利于設(shè)備的小型化， 同時(shí)，視頻信號(hào)受光線影響非常大，必須在光照良好的環(huán)境下進(jìn)行；味 覺(jué)導(dǎo)航是指機(jī)器人通過(guò)化學(xué)傳感器感知?dú)馕叮鶕?jù)氣味濃度和氣流方向 來(lái)控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，但該導(dǎo)航方式是在特定氣味環(huán)境下才能工作，如 搜尋空氣污染和化學(xué)品藥物泄漏等，普適性不強(qiáng)。目前還沒(méi)有一種導(dǎo)航技術(shù)能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下不受溫度、濕度、 氣流、光纖等因素影響，同時(shí)滿足布置、改造和維護(hù)成本低廉，也不要 求高性能處理器等要求。發(fā)明內(nèi)容現(xiàn)有技術(shù)存在復(fù)雜環(huán)境下受溫度、濕度、氣流、光纖等因素影響， 維護(hù)成本高，由于條件限制需要高性能處理器等問(wèn)題，為了解決現(xiàn)有技
術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下不受溫度、濕度、 氣流、光線等因素影響，同時(shí)滿足布置、改造和維護(hù)成本低廉，也不要 求高性能處理器等要求，為此提供一種機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)及導(dǎo)航方法。本發(fā)明涉及的機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)以無(wú)線電信號(hào)強(qiáng)度在空間不同位置呈 現(xiàn)不同分布特征(也稱射頻指紋)為原理，將物理空間的位置映射到多 個(gè)無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)的無(wú)線電信號(hào)強(qiáng)度分布構(gòu)成的數(shù)字邏輯空間，通過(guò)尋找邏 輯空間的匹配序列進(jìn)而反推出物理空間坐標(biāo)。因此，本發(fā)明系統(tǒng)包含四 個(gè)關(guān)鍵部分 一個(gè)支持?jǐn)?shù)據(jù)路由的、由無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)構(gòu)成的導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)；加 裝在移動(dòng)機(jī)器人上的無(wú)線通信模塊;加裝在移動(dòng)機(jī)器人上的環(huán)境傳感器； 一個(gè)處于導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)中的位置服務(wù)器。隨著集成電路和通信技術(shù)的發(fā)展，構(gòu)建一個(gè)支持?jǐn)?shù)據(jù)路由、成本低 廉的無(wú)線電導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)成為可能；自動(dòng)產(chǎn)生通信中數(shù)據(jù)幀平均信號(hào)強(qiáng)度己 是大多數(shù)無(wú)線通信芯片的基本功能；無(wú)線信號(hào)的空間衰落特性表明，在 布置了多個(gè)無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)的導(dǎo)航區(qū)域內(nèi)，可以分割出很多柵格，在每個(gè)柵 格內(nèi)與無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)通信的平均信號(hào)強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)特性與該柵格的位置點(diǎn)有確 定的關(guān)系。以上要素保證了本發(fā)明的理論正確性和實(shí)際可行性。同時(shí)， 無(wú)線點(diǎn)信號(hào)不易受溫度、濕度、氣流、光線等環(huán)境影響，說(shuō)明了本發(fā)明 優(yōu)越的抗干擾性能。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明的第一方面提供一種機(jī)器人導(dǎo)航系 統(tǒng)，其中包括一個(gè)導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)，由多個(gè)無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)組成，無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)天線采用全向 天線，多個(gè)無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)覆蓋整個(gè)導(dǎo)航區(qū)域，導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)通過(guò)無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)路 由進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；一個(gè)加裝于機(jī)器人上的無(wú)線通信模塊，其天線為全向天線，用于采 集其與導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)中各無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)通信的無(wú)線電信號(hào)強(qiáng)度以及與導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò) 交互；多個(gè)加裝在機(jī)器人的傳感器，用于感知機(jī)器人是否遇到障礙物，機(jī) 器人記錄并標(biāo)定遇到障礙物時(shí)的當(dāng)前位置；一個(gè)位置服務(wù)器，用來(lái)存儲(chǔ)導(dǎo)航區(qū)域內(nèi)各位置點(diǎn)上與無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)通 信的無(wú)線電信號(hào)強(qiáng)度數(shù)據(jù)，位置服務(wù)器與一個(gè)無(wú)線通信模塊連接，用于實(shí)現(xiàn)與導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)的交互。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述在所要導(dǎo)航區(qū)域的不同位置設(shè)置多個(gè)無(wú) 線訪問(wèn)點(diǎn)，使在導(dǎo)航區(qū)域內(nèi)的任何位置點(diǎn)上，都有兩個(gè)以上無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn) 覆蓋，即在任何位置上，機(jī)器人能夠同時(shí)通過(guò)兩個(gè)以上無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)接入 導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述無(wú)線通信模塊安裝在機(jī)器人的具有360 度自由旋轉(zhuǎn)或者擺動(dòng)的機(jī)械臂上，當(dāng)機(jī)械臂觸及障礙物時(shí)，能夠反方向 旋轉(zhuǎn)或擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人無(wú)需移動(dòng)就能探測(cè)當(dāng)前位置點(diǎn)機(jī)械臂半徑范圍 內(nèi)的無(wú)線電信號(hào)強(qiáng)度。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述機(jī)器人上加裝的傳感器檢測(cè)機(jī)器人是否 遇到障礙物，以以下三個(gè)判斷條件為依據(jù)檢測(cè)到與障礙物接觸時(shí)受到的阻力；檢測(cè)到與障礙物的距離小于設(shè)定閾值；檢測(cè)到當(dāng)前速度等于O，而加速度不等于0;當(dāng)機(jī)器人遇到障礙物后，記錄并標(biāo)定當(dāng)前位置，防止機(jī)器人再次進(jìn) 入該區(qū)域，并自動(dòng)退回到上一位置，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航中的智能學(xué)習(xí)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，當(dāng)機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，其無(wú)線通信模塊采 集到的強(qiáng)度序列的統(tǒng)計(jì)特性無(wú)法和存儲(chǔ)器內(nèi)所有位置點(diǎn)的參考序列匹配 時(shí)，機(jī)器人通過(guò)導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)，向位置服務(wù)器發(fā)送出發(fā)點(diǎn)位置坐標(biāo)、目的點(diǎn) 位置坐標(biāo)、當(dāng)前采樣強(qiáng)度序列和已歷經(jīng)強(qiáng)度序列。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述位置服務(wù)器顯示導(dǎo)航區(qū)域的地圖或示意 圖，導(dǎo)航區(qū)域被分割成不同柵格并在地圖或示意圖上顯示；每個(gè)柵格內(nèi) 與不同訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)通信的無(wú)線電信號(hào)強(qiáng)度特征被事先測(cè)定，并保存于位置 服務(wù)器上的數(shù)據(jù)庫(kù)中。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述位置服務(wù)器通過(guò)與其連接的無(wú)線通信模 塊接入導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)，接收機(jī)器人上無(wú)線通信模塊發(fā)來(lái)的出發(fā)點(diǎn)位置坐標(biāo)、 目的點(diǎn)位置坐標(biāo)、當(dāng)前采樣強(qiáng)度序列和已歷經(jīng)強(qiáng)度序列；位置服務(wù)器采 用更為復(fù)雜的定位算法，將這些強(qiáng)度序列與其存儲(chǔ)的更為完善位置數(shù)據(jù) 庫(kù)內(nèi)參考強(qiáng)度序列進(jìn)行對(duì)比，直接確定機(jī)器人當(dāng)前位置和下一步推進(jìn)位 置，在位置服務(wù)器的地圖或示意圖上顯示出機(jī)器人當(dāng)前位置，將下一步
推進(jìn)位置通過(guò)導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)發(fā)至機(jī)器人。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明的第二方面提供一種機(jī)器人導(dǎo)航方 法，當(dāng)機(jī)器人一旦判斷遇到了障礙物，則記錄并標(biāo)定當(dāng)前位置的強(qiáng)度序 列，防止機(jī)器人再次進(jìn)入該區(qū)域，并自動(dòng)退回到上一位置，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航中 的智能學(xué)習(xí)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述導(dǎo)航采用訓(xùn)練導(dǎo)航方式，其訓(xùn)練導(dǎo)航歩 驟為-步驟1:設(shè)定機(jī)器人出發(fā)點(diǎn)位置坐標(biāo)和目的點(diǎn)位置坐標(biāo)，推進(jìn)步序 號(hào)設(shè)為0;將無(wú)線通信模塊固定到機(jī)械臂中央位置；步驟2:通過(guò)牽引或者助推方式使機(jī)器人從出發(fā)點(diǎn)逐步向目標(biāo)點(diǎn)移 動(dòng)；機(jī)器人每推進(jìn)一個(gè)大小等于機(jī)械臂半徑的步距后，推進(jìn)序號(hào)加1， 并啟動(dòng)無(wú)線通信模塊，對(duì)各無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)進(jìn)行信號(hào)強(qiáng)度釆集，做統(tǒng)計(jì)處理 和保存；統(tǒng)計(jì)處理結(jié)果與當(dāng)前移動(dòng)的推進(jìn)步序號(hào)關(guān)聯(lián)；步驟3:重復(fù)步驟2，直至機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到目的位置，結(jié)束訓(xùn)練過(guò)程；步驟4:將機(jī)器人歸位到出發(fā)點(diǎn)位置，并設(shè)定機(jī)器人出發(fā)點(diǎn)位置和 目的點(diǎn)位置坐標(biāo)，推進(jìn)步序號(hào)設(shè)為0，誤差設(shè)為0，進(jìn)入導(dǎo)航過(guò)程；步驟5:機(jī)器人移動(dòng)前，將無(wú)線通信模塊固定在機(jī)械臂一側(cè)并啟動(dòng)， 通過(guò)機(jī)械臂的轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng)分別采集周?chē)臻g內(nèi)各點(diǎn)處與各無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)通 信的無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度序列，并分別計(jì)算各組數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特征；選取統(tǒng)計(jì)特 征與當(dāng)前推進(jìn)步序號(hào)對(duì)應(yīng)訓(xùn)練數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)特征最為接近的點(diǎn)為下一步目 標(biāo)，向其移動(dòng)一步，推進(jìn)步序號(hào)加1;當(dāng)所選取的點(diǎn)其采樣統(tǒng)計(jì)特征與 存儲(chǔ)的當(dāng)前推進(jìn)步序號(hào)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特征誤差小于設(shè)定的最小閾值 時(shí)，誤差歸0;反之，當(dāng)誤差大于設(shè)定的最大閾值時(shí)，自動(dòng)退回到上一 位置，誤差歸0;步驟6:重復(fù)步驟5，直至機(jī)器人到達(dá)目的位置。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述導(dǎo)航采用存儲(chǔ)導(dǎo)航方式，其存儲(chǔ)導(dǎo)航步 驟為步驟1:設(shè)定機(jī)器人出發(fā)點(diǎn)位置和目的點(diǎn)位置坐標(biāo)，推進(jìn)步序號(hào)設(shè) 為0，誤差設(shè)為0;在機(jī)器人的存儲(chǔ)器中保存一份無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)參考強(qiáng)度序
列數(shù)據(jù)；該序列數(shù)據(jù)實(shí)際是某次針對(duì)該出發(fā)點(diǎn)和目的點(diǎn)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)的備 份；機(jī)器人直接開(kāi)始導(dǎo)航過(guò)程；步驟2:機(jī)器人移動(dòng)前，將無(wú)線通信模塊固定在機(jī)械臂一側(cè)并啟動(dòng)， 通過(guò)機(jī)械臂的轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng)分別采集周?chē)臻g內(nèi)各點(diǎn)處與各無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)通 信的無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度序列，并分別計(jì)算各組數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性；選取統(tǒng)計(jì)特 征與當(dāng)前推進(jìn)步序號(hào)對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)特征最為接近的點(diǎn)為下一步目 標(biāo)，向其移動(dòng)一步；當(dāng)所選取的點(diǎn)其采樣統(tǒng)計(jì)特征與存儲(chǔ)的當(dāng)前推進(jìn)步 序號(hào)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特征誤差小于設(shè)定的最小閾值時(shí)，誤差歸0;反之， 當(dāng)誤差大與設(shè)定的最大閾值時(shí)，自動(dòng)退回到上一位置，誤差歸0;步驟3:重復(fù)步驟2，直至機(jī)器人到達(dá)目的位置。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述導(dǎo)航采用主動(dòng)導(dǎo)航方式步驟為步驟1:設(shè)定機(jī)器人出發(fā)點(diǎn)位置和目的點(diǎn)位置坐標(biāo)，推進(jìn)步序號(hào)設(shè) 為0，誤差設(shè)為0;步驟2:機(jī)器人移動(dòng)前向位置服務(wù)其尋求幫助，位置服務(wù)器計(jì)算從 出發(fā)點(diǎn)到目的點(diǎn)的最優(yōu)路徑，并向機(jī)器人上的無(wú)線通信模塊傳輸下一步 位置點(diǎn)的無(wú)線電信號(hào)強(qiáng)度序列的統(tǒng)計(jì)特征值；步驟3:機(jī)器人移動(dòng)前，將無(wú)線通信模塊固定在機(jī)械臂一側(cè)并啟動(dòng)， 通過(guò)機(jī)械臂的轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng)分別采集周?chē)臻g內(nèi)各點(diǎn)處與各無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)通 信的無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度，并分別計(jì)算各組數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特征；選取統(tǒng)計(jì)特征與 收到的來(lái)自位置服務(wù)器的統(tǒng)計(jì)特征最為接近的點(diǎn)為下一步目標(biāo)，向其移 動(dòng)一步；當(dāng)所選取的點(diǎn)其采樣統(tǒng)計(jì)特征與存儲(chǔ)的當(dāng)前推進(jìn)步序號(hào)對(duì)應(yīng)數(shù) 據(jù)的統(tǒng)計(jì)特征誤差小于設(shè)定的最小閾值時(shí)，誤差歸0;反之，當(dāng)誤差大 與設(shè)定的最大閾值時(shí)，自動(dòng)退回到上一位置，誤差歸0;步驟4:重復(fù)步驟2和步驟3，直至機(jī)器人到達(dá)目的位置。本發(fā)明的技術(shù)效果及優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明在系統(tǒng)上采用無(wú)線通信模塊與無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)構(gòu)建導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)的實(shí) 現(xiàn)方式，由于無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)體積小，無(wú)電纜約束等優(yōu)點(diǎn)，使系統(tǒng)布置簡(jiǎn)單、 快速，并易于改造和維護(hù)；無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)和無(wú)線通信模塊可采用多種現(xiàn)成
成熟技術(shù)，設(shè)計(jì)或購(gòu)買(mǎi)成本低廉，使系統(tǒng)建設(shè)和維護(hù)成本也相應(yīng)低廉； 無(wú)線通信不易受溫度、濕度、氣流、光線等因素影響，使系統(tǒng)普適性強(qiáng)， 能應(yīng)用于各種復(fù)雜多變環(huán)境。同時(shí)，本發(fā)明在方法上通過(guò)比對(duì)實(shí)時(shí)采集的與各無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)通信的 無(wú)線電信號(hào)強(qiáng)度序列和信號(hào)強(qiáng)度參考序列的方式確定導(dǎo)航過(guò)程中下一步 的移動(dòng)目標(biāo)，方法依賴的是無(wú)線通信的信號(hào)強(qiáng)度，使訓(xùn)練和采集過(guò)程簡(jiǎn) 單、快捷；無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度相對(duì)穩(wěn)定，數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單，其統(tǒng)計(jì)特性易于分析， 不要求采用高性能處理器就能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，系統(tǒng)和算法復(fù)雜度低，易于設(shè) 計(jì)和實(shí)現(xiàn)；定位方法充分發(fā)揮導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)路由功能，設(shè)置了位置服務(wù)器，并充分發(fā)揮設(shè)置位置服務(wù)器的大容量、高性能特點(diǎn)，在導(dǎo)航過(guò)程中實(shí)時(shí)提供定位服務(wù)，輔助機(jī)器人導(dǎo)航；通過(guò)存儲(chǔ)和標(biāo)定遇到障礙物時(shí) 位置點(diǎn)上采集到的各無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度序列，標(biāo)定出導(dǎo)航區(qū)域內(nèi)的障 礙區(qū)域，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航過(guò)程中的智能學(xué)習(xí)。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框2是本發(fā)明的系統(tǒng)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意3是本發(fā)明的機(jī)器人實(shí)施例結(jié)構(gòu)4是本發(fā)明的位置服務(wù)器管理界面實(shí)施例圖具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明加以詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)指出的是，所描述的實(shí) 施例僅旨在便于對(duì)本發(fā)明的理解，而對(duì)其不起任何限定作用。如圖1本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖所示包括導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)1有以無(wú)線方式連接、構(gòu)成互相通信和實(shí)現(xiàn)共享網(wǎng)絡(luò)體系的n個(gè)無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)APl APn， n為自然數(shù)。無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)方式采 用ZigBee規(guī)范即正EE 802.15.4或WLAN規(guī)范即IEEE 802.11x (x可以 是a、 b、 g或n)或ISM頻段下的非標(biāo)準(zhǔn)自定義協(xié)議，天線采用全向天 線。無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)的布置與機(jī)器人定位精度要求、導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)l覆蓋區(qū)域大 小、導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)1所處環(huán)境和無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)布置密度與分布有關(guān)，要說(shuō)明的
是，機(jī)器人定位精度要求與機(jī)器人安裝的機(jī)械臂長(zhǎng)度相關(guān)隨著長(zhǎng)度增 長(zhǎng)，精度要求可放寬，但過(guò)長(zhǎng)的機(jī)械臂會(huì)約束機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)空間。 一般 通過(guò)試驗(yàn)方式確定無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)的布置，試驗(yàn)準(zhǔn)則是(1 )保證到導(dǎo)航區(qū)域內(nèi)的任意位置上機(jī)器人的無(wú)線通信模塊都能接 收到兩個(gè)以上無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)信號(hào) ，(2)在以機(jī)器人位置為中心，以機(jī)器臂為半徑的圓上，每隔90度， 能找到四個(gè)位置，在這些位置上機(jī)器人收到的無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)能量序列有明 顯的差異。當(dāng)滿足條件(1)，但不滿足條件(2)時(shí)，可通過(guò)降低無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)信 號(hào)發(fā)射功率或增大機(jī)械臂長(zhǎng)度，降低定位精度的方式調(diào)整；當(dāng)滿足條件(2)，但不滿足條件(1)時(shí)，可通過(guò)增加無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)數(shù)量的方式調(diào)整。無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)運(yùn)行的應(yīng)用程序必須支持基于IP或媒體控制 層地址的路由，同時(shí)路由支持的跳數(shù)要滿足機(jī)器人在導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意位 置上都能通過(guò)無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)連接到位置服務(wù)器。機(jī)器人主控單元有通信驅(qū)動(dòng)接口、傳感器接口、顯示驅(qū)動(dòng)接口、 人機(jī)交互接口、運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)接口以及控制這些接口的主控處理器。通信驅(qū)動(dòng)接口連接裝有全向天線的無(wú)線通信模塊2，接口方式可采用nc總線或ISP總線或RS232總線或MiniPCI總線或USB總線。通過(guò)該接口 ，主控處理器實(shí)現(xiàn)兩個(gè)基本功能(1) 初始化無(wú)線通信模塊2的物理層和網(wǎng)絡(luò)層，使無(wú)線通信模塊正 確接入導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)1，并通過(guò)導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)1的路由功能，向位置服務(wù)器發(fā)送 出發(fā)點(diǎn)位置坐標(biāo)、目的點(diǎn)位置坐標(biāo)、當(dāng)前采樣強(qiáng)度序列和已歷經(jīng)強(qiáng)度序 列，以及接收來(lái)自位置服務(wù)器的下一步推進(jìn)位置信息；(2) 控制無(wú)線通信模塊2發(fā)出廣播消息，隨后讀取無(wú)線通信模塊內(nèi) 寄存器存儲(chǔ)的無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)應(yīng)答消息的無(wú)線電信號(hào)強(qiáng)度序列，以形成訓(xùn)練 中的各位置點(diǎn)參考強(qiáng)度序列或?qū)Ш街械膶?shí)時(shí)強(qiáng)度序列。通過(guò)傳感器接口 ， 主控處理器讀取各傳感器3內(nèi)模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果，接口方式可采用IIC總線 或ISP總線或RS485總線。傳感器接口連接的傳感器3用來(lái)檢測(cè)機(jī)器人 運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的受阻情況，包含三種情況(l)直接接觸障礙物，以受到障礙物阻力為判斷條件。采用壓力傳
感器，傳感器輸出與所受壓力成正比的電壓信號(hào)，模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果指示壓 力大小；(2) 是否與障礙物的距離小于設(shè)定閾值，以發(fā)射波束與返回波束時(shí) 差為判斷條件。傳感器輸出與該時(shí)差成正比的電壓信號(hào)，模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果 指示時(shí)差大小，時(shí)差與波速在空氣中的傳播速度相乘所得結(jié)果的一半即為機(jī)器人與障礙物的距離，而允許的最小閾值即為機(jī)器人機(jī)械臂半徑；(3) 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)部件受阻，以當(dāng)前速度等于0，而加速度不等于0 為判斷條件。傳感器輸出與加速度成正比的電壓信號(hào)，模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果指 示加速度大小。用"表示加速度，貝^時(shí)刻的速度通過(guò)vjv。+WAr推算。通過(guò)顯示驅(qū)動(dòng)接口，主控處理器在顯示設(shè)備上顯示各類提示信息，如數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)范圍、當(dāng)前狀態(tài)、命令幫助等。接口方式可采用VGA或 S-Video或復(fù)合視頻輸出接口方式。通過(guò)人機(jī)交互，主控處理器接收來(lái)自 輸入設(shè)備的設(shè)定信息或控制命令，該接口方式可以采用PS2或USB或 RS232接口方式。通過(guò)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)接口，主控處理器控制轉(zhuǎn)向步進(jìn)電機(jī)和 移動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，該接口可以采用USB或RS232或 PWM接口方式。機(jī)器人主控應(yīng)用程序包括訓(xùn)練數(shù)據(jù)采集、小型數(shù)據(jù)庫(kù) 管理和維護(hù)、簡(jiǎn)單導(dǎo)航算法三部分。位置服務(wù)器4可以采用通用PC，包含通信驅(qū)動(dòng)接口和人機(jī)交互接 口 。通信驅(qū)動(dòng)接口用于連接無(wú)線通信模塊2，可以采用PCI總線或USB 總線或RS232或PCMCIA總線接口方式。通過(guò)該接口，位置服務(wù)器4 驅(qū)動(dòng)無(wú)線通信模塊2，使之接入到導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)l中。人機(jī)交互接口包括驅(qū) 動(dòng)顯示器的VGA接口和驅(qū)動(dòng)鍵盤(pán)的PS2或USB接口 。位置服務(wù)器4應(yīng) 用程序包括管理服務(wù)程序、大型數(shù)據(jù)庫(kù)管理和維護(hù)、導(dǎo)航算法庫(kù)三部分。 大型數(shù)據(jù)庫(kù)保存導(dǎo)航區(qū)域內(nèi)各位置點(diǎn)參考強(qiáng)度序列及其統(tǒng)計(jì)特征，該參 考強(qiáng)度序列可以通過(guò)多次長(zhǎng)期采樣獲得，以確保其統(tǒng)計(jì)特征準(zhǔn)確、可靠， 具有代表性。導(dǎo)航算法庫(kù)可以包括多種算法以適應(yīng)不同應(yīng)用下的響應(yīng)時(shí) 間要求，包括復(fù)雜度較低的歐式距離最小分類法，復(fù)雜度中等的貝葉斯 分類法和復(fù)雜度較高的一階馬爾可夫鏈法等。 一般來(lái)說(shuō)，復(fù)雜度越高， 算法結(jié)果越精確，所需計(jì)算時(shí)間也越長(zhǎng)。如圖2本發(fā)明的系統(tǒng)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖所示 本實(shí)施例中，采用基于IEEE 802.1 lg規(guī)范Linksys WRT54G 2.4GHz 無(wú)線路由器為無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)AP構(gòu)成導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)1，無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)發(fā)射功率為 18dBm，室內(nèi)覆蓋半徑約為30米；與位置位置服務(wù)器4相連的無(wú)線通信 模塊2采用PCMCIA接口的Linksys WPC54G無(wú)線局域網(wǎng)卡，而與機(jī)器 人相連的無(wú)線通信模塊2安裝在機(jī)器人的一個(gè)T型旋轉(zhuǎn)機(jī)械臂上，采用 基于Conexant Systems公司的CX53111低功耗嵌入式射頻芯片設(shè)計(jì)機(jī) 器人主控處理器通過(guò)SPI總線設(shè)定CX53111內(nèi)各寄存器，完成網(wǎng)絡(luò)接入 和數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)讀取信號(hào)強(qiáng)度指示寄存器獲得個(gè)AP的強(qiáng)度序列；位 置服務(wù)器4采用通用筆記本電腦，帶一個(gè)PCMCIA插槽。機(jī)器人從出發(fā) 點(diǎn)位置S向目的位置E運(yùn)動(dòng)。如圖3本發(fā)明的機(jī)器人實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖所示本實(shí)施例中，機(jī)器人采用輪式移動(dòng)方式包括，主控單元外殼5，集 成各驅(qū)動(dòng)接口電路的主控電路板安裝在其內(nèi)部；輸入設(shè)備6為一 PS2接 口標(biāo)準(zhǔn)的鼠標(biāo)，輸出設(shè)備7為一標(biāo)準(zhǔn)VGA接口的液晶面板。通過(guò)與輸 出設(shè)備7配合，使用鼠標(biāo)6輸入機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的出發(fā)點(diǎn)坐標(biāo)、目的點(diǎn)坐標(biāo)、 傳感器3配置信息和操作命令等。在訓(xùn)練和導(dǎo)航過(guò)程中，輸出設(shè)備7實(shí) 時(shí)顯示當(dāng)前可接入的無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)地址及其信號(hào)強(qiáng)度、傳感器輸出等信息； 配置的傳感器3包括八個(gè)壓力傳感器32、 一個(gè)加速度傳感器31和一個(gè) 超聲傳感器33:壓力傳感器32采用壓阻式壓力傳感器CY-YZ-150型， 安裝于機(jī)器人最外側(cè)，在直流5V供電下能夠以±2.5% F . S的精度檢測(cè) 0 40MPa的壓力。采用該類型壓力傳感器的最大優(yōu)勢(shì)是，當(dāng)不受力作 用時(shí)，傳感器無(wú)電壓輸出，確保不會(huì)出現(xiàn)誤檢測(cè)，因此本實(shí)施例直接以 壓力值>0為障礙物判斷條件；加速度傳感器31采用摩托羅拉的 MMA1260D型，安裝在機(jī)器人外殼表面，在直流5V供電下能以1260 mV/g的精度檢測(cè)0 1500g的加速度。該加速度傳感器的特點(diǎn)是良好 的線性輸出、帶自我校準(zhǔn)功能、能抗擊強(qiáng)震擊。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，如果速 度等于O，但加速度此刻不等于O，則可以判斷此時(shí)機(jī)器人己進(jìn)入無(wú)法通 過(guò)區(qū)域；超聲波傳感器33為收發(fā)一體的通用壓電式HT/R1640-A2-1.0 型，安裝在可旋轉(zhuǎn)的T型機(jī)械臂上，隨著機(jī)械臂的轉(zhuǎn)動(dòng)，可向周?chē)?60 度范圍發(fā)射超聲波。其最低聲壓級(jí)》110dB/10Vrms/50cm，最低靈敏度 為-75dBm，測(cè)量范圍為0.10米 4.00米，精度《1厘米，本實(shí)施例中設(shè) 定與障礙物的最小距離閾值為0.1米 0.2米。導(dǎo)航算法中，采用當(dāng)機(jī)器 人一旦判斷遇到了障礙物，則記錄并標(biāo)定當(dāng)前位置的強(qiáng)度序列，防止機(jī) 器人再次進(jìn)入該區(qū)域，并自動(dòng)退回到上一位置，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航中的智能學(xué)習(xí)； 無(wú)線通信模塊2安裝在機(jī)械臂的一側(cè)，用于采集無(wú)線通信強(qiáng)度序列和向 位置服務(wù)器4發(fā)送導(dǎo)航相關(guān)信息，另一備用無(wú)線通信模塊2對(duì)稱安裝于 機(jī)械臂的另一側(cè)，起平衡機(jī)械臂的作用。可360度自由旋轉(zhuǎn)的T型機(jī)械 臂9，臂長(zhǎng)為1米到1.5米。當(dāng)機(jī)械臂觸及障礙物時(shí)，能夠迅速向反方向 旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人無(wú)需移動(dòng)就能探測(cè)當(dāng)前位置點(diǎn)機(jī)械臂半徑范圍內(nèi)的無(wú) 線電信號(hào)強(qiáng)度。位置服務(wù)器4為一臺(tái)通用的筆記本計(jì)算機(jī)，放置在導(dǎo)航區(qū)域，通過(guò) 其連接的PCMCIA接口的無(wú)線通信模塊2與導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)1相連并可進(jìn)行數(shù) 據(jù)交互。位置服務(wù)器4響應(yīng)來(lái)自機(jī)器人的幫助請(qǐng)求，將其消息幀內(nèi)所含 的機(jī)器人出發(fā)點(diǎn)位置坐標(biāo)、目的點(diǎn)位置坐標(biāo)提取出來(lái)，顯示在管理界面 的示意圖上；采用更為復(fù)雜的定位算法，將消息幀內(nèi)的強(qiáng)度序列與其存 儲(chǔ)的更為完善的位置數(shù)據(jù)庫(kù)參考序列進(jìn)行比對(duì)，直接確定機(jī)器人當(dāng)前位 置和下一步推進(jìn)位置，在位置服務(wù)器4的地圖或示意圖上顯示出機(jī)器人 當(dāng)前位置，將下一步推進(jìn)位置通過(guò)導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)1發(fā)至機(jī)器人。位置服務(wù)器 4提供服務(wù)的質(zhì)量?jī)?yōu)劣主要有以下兩個(gè)因素決定(1) 位置服務(wù)器4上采用的定位算法優(yōu)劣。算法基于模式識(shí)別的方法， 一般來(lái)說(shuō)，復(fù)雜度越高，算法結(jié)果越精確，所需計(jì)算時(shí)間也越長(zhǎng)。本實(shí) 施例采用歐式距離最小分類法算法；(2) 位置服務(wù)器4存儲(chǔ)的與位置相關(guān)的參考強(qiáng)度序列數(shù)據(jù)庫(kù)大小。數(shù) 據(jù)庫(kù)越大，說(shuō)明柵格劃分越小，每個(gè)柵格采樣次數(shù)越高，采樣統(tǒng)計(jì)特征 值描述越接近真實(shí)值，以此特征值為參考的算法得出的精度也越高。但 數(shù)據(jù)庫(kù)包含的各無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)強(qiáng)度序列的是通過(guò)將機(jī)器人移動(dòng)到柵格中 心，由機(jī)器人上的無(wú)線通信模塊2采樣獲得采樣時(shí)機(jī)械臂上的無(wú)線通 信模塊2移至機(jī)械臂中央，機(jī)械臂停止轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而復(fù)制到位置服務(wù)器4 上。因此，數(shù)據(jù)庫(kù)越大，投入到采樣的人力成本和時(shí)間就越多。本實(shí)施 例采用柵格邊長(zhǎng)均值為0.5米左右，每柵格點(diǎn)采樣600次，采樣頻率2 Hz
的方式形成位置服務(wù)器4參考序列數(shù)據(jù)庫(kù)。如圖4本發(fā)明的位置服務(wù)器4管理界面實(shí)施例圖所示-管理界面主要顯示現(xiàn)場(chǎng)示意圖、機(jī)器人位置信息和網(wǎng)絡(luò)配置等信息本實(shí)施例現(xiàn)場(chǎng)示意圖為某樓層布局圖，801 813為房間號(hào)，機(jī)器人出發(fā)點(diǎn)位置在左側(cè)電梯附近，目標(biāo)點(diǎn)位置在右側(cè)電梯附近，導(dǎo)航路線主要沿 著中間走廊，五個(gè)無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)被沿走廊布置在多個(gè)房間中。整個(gè)示意圖 被分割成大小不均勻的柵格，每一個(gè)柵格與其鄰近測(cè)到的各無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn) 強(qiáng)度序列在統(tǒng)計(jì)角度有明顯的差別，柵格的位置用橫縱坐標(biāo)組合來(lái)表示，如"E4";機(jī)器人位置信息包括機(jī)器人的出發(fā)點(diǎn)位置坐標(biāo)、目的點(diǎn)位置 坐標(biāo)和當(dāng)前位置坐標(biāo)出發(fā)點(diǎn)位置坐標(biāo)和目的點(diǎn)位置坐標(biāo)在機(jī)器人向位置服務(wù)器4尋求幫助時(shí)通過(guò)導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)1獲取，當(dāng)前位置坐標(biāo)則是機(jī)器人 向位置服務(wù)器4上傳當(dāng)前采樣強(qiáng)度序列和已歷經(jīng)強(qiáng)度序列后，由位置服務(wù)器通過(guò)算法計(jì)算獲得，并將其通過(guò)導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)1發(fā)送至機(jī)器人；網(wǎng)絡(luò)配 置信息包含各無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)地址、在導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)1中的坐標(biāo)等信息，如API地址為192.168.70.1，位置為89;管理界面同時(shí)可以顯示機(jī)器人 一次采樣的各無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度序列及其統(tǒng)計(jì)特征值，并可以接受用 戶的其它控制命令。本發(fā)明所述導(dǎo)航系統(tǒng)可以采用以下導(dǎo)航方式1.訓(xùn)練導(dǎo)航方式步驟1:設(shè)定機(jī)器人出發(fā)點(diǎn)位置和目的點(diǎn)位置坐標(biāo)，推進(jìn)步序號(hào)設(shè) 為0。將無(wú)線通信模塊移至機(jī)械臂中央，并停止機(jī)械臂轉(zhuǎn)動(dòng)，確保移動(dòng) 過(guò)程中不會(huì)發(fā)生抖動(dòng)。步驟2:通過(guò)牽引或者助推方式使機(jī)器人從出發(fā)點(diǎn)逐步向目標(biāo)點(diǎn)移 動(dòng)。機(jī)器人向前推進(jìn)0.5米，推進(jìn)序號(hào)加l，并啟動(dòng)無(wú)線通信模塊，對(duì)各 無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)進(jìn)行信號(hào)強(qiáng)度采集；具體采樣過(guò)程為無(wú)線通信模塊2開(kāi)始 向?qū)Ш骄W(wǎng)絡(luò)1先后發(fā)出20次廣播，收到廣播的無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)做出20次響應(yīng)，及完成20次采樣；對(duì)采樣數(shù)據(jù)做統(tǒng)計(jì)處理和保存；統(tǒng)計(jì)處理結(jié)果應(yīng)當(dāng)與當(dāng)前移動(dòng)的推進(jìn)步序號(hào)關(guān)聯(lián)。步驟3:重復(fù)步驟2，直至機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到目的位置，結(jié)束訓(xùn)練過(guò)程。設(shè)從出發(fā)點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)一共獲得N步序列，分別為-<formula>formula see original document page 17</formula>w是機(jī)器人無(wú)線通信模塊2能收到信號(hào)的無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)個(gè)數(shù)，Aj為 在步序號(hào)為y的位置測(cè)到的編號(hào)為/的無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)強(qiáng)度，為采樣平均 值。ARecwA^為當(dāng)前是否已經(jīng)歷過(guò)該點(diǎn)，其數(shù)據(jù)類型為布爾型。因當(dāng)前為訓(xùn)練階段，取值為F^e。步驟4:將機(jī)器人歸位到出發(fā)位置，并設(shè)定機(jī)器人出發(fā)點(diǎn)位置和目 的點(diǎn)位置坐標(biāo)，推進(jìn)步序號(hào)設(shè)為"0，誤差設(shè)為<5=0，進(jìn)入導(dǎo)航過(guò)程。步驟5:機(jī)器人移動(dòng)前，將無(wú)線通信模塊2固定在機(jī)械臂一側(cè)并啟 動(dòng)，啟動(dòng)無(wú)線通信模塊2進(jìn)行采樣，通過(guò)機(jī)械臂的轉(zhuǎn)動(dòng)采集周?chē)臻g內(nèi) 各點(diǎn)處與各無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)通信的無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度序列，并分別計(jì)算各組數(shù)據(jù) 的統(tǒng)計(jì)特征一平均值；選取平均值與當(dāng)前推進(jìn)步序號(hào)對(duì)應(yīng)訓(xùn)練數(shù)據(jù)平均 值最為接近的點(diǎn)為下一步目標(biāo)，向其移動(dòng)一步，推進(jìn)步序號(hào)加1;當(dāng)所 選取的點(diǎn)其采樣平均值與存儲(chǔ)的當(dāng)前推進(jìn)步序號(hào)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的平均值誤差 小于設(shè)定的最小閾值時(shí)，誤差歸0;反之，當(dāng)誤差大于設(shè)定的最大閾值 時(shí)，自動(dòng)退回到上一位置，誤差歸0;具體過(guò)程為機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)45度， 無(wú)線通信模塊2開(kāi)始向?qū)Ш骄W(wǎng)絡(luò)1先后發(fā)出10次廣播，收到廣播的無(wú)線 訪問(wèn)點(diǎn)做出IO次響應(yīng)，及完成10次采樣；機(jī)械臂繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)45度，重復(fù) 以上采樣過(guò)程，直至機(jī)械臂返回初始位置。計(jì)算各組數(shù)據(jù)內(nèi)各無(wú)線訪問(wèn) 點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度的平均值，分別表示為<formula>formula see original document page 17</formula>。! 。8表示8個(gè)不同角度。選取平均值與當(dāng)前步序號(hào)/最為接近的角
度，移動(dòng)0.5米，即角度o滿足ff 使歐式距離El《P廣《wl最小，且。"。1,。2...。8}，誤差更新為 "1inZ!K廣A:U I。步序號(hào)更新為/+i。平均值與當(dāng)前推進(jìn)步序號(hào)對(duì)應(yīng)訓(xùn)練數(shù)據(jù)平均值最為接近的點(diǎn)確定為下一步目標(biāo)，向其移動(dòng)一步，并置ARecoWe《為 7V"e，表示已歷經(jīng)到該位置。當(dāng)所選取的點(diǎn)其采樣平均值與存儲(chǔ)的當(dāng)前 推進(jìn)步序號(hào)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的誤差小于設(shè)定的最小閾值時(shí)，誤差歸0;反之， 當(dāng)誤差^大與設(shè)定的最大閾值時(shí)，自動(dòng)退回到上一位置，誤差歸，并置 ARecoWe^為F。/w ，步序號(hào)更新為_(kāi)/ -1 。步驟6:重復(fù)步驟5，直至機(jī)器人到達(dá)目的位置。該導(dǎo)航方式除了在特殊情況下需要尋求位置服務(wù)器4幫助外， 一般 可脫離位置服務(wù)器4完成整個(gè)導(dǎo)航過(guò)程。2.存儲(chǔ)導(dǎo)航方式步驟1:設(shè)定機(jī)器人出發(fā)點(diǎn)位置坐標(biāo)和目標(biāo)位置坐標(biāo)，推進(jìn)步序號(hào) 設(shè)為0，誤差設(shè)為0;并在機(jī)器人的存儲(chǔ)器中保存一份無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)參考強(qiáng) 度序列為{[ U , …U ，]，[ 、2 , ~22…，Re co Yfe(i2 ]......[ i 」w" ， Wz尸2" ^4/>m" ， Re co^fed" ]}，該序列實(shí)際是某次針對(duì)該出發(fā)點(diǎn)和目的點(diǎn)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)的備份。將機(jī)器人歸位到出發(fā)位置，推進(jìn)步序號(hào)設(shè)為"o，誤差設(shè)為&o，直接進(jìn)入導(dǎo)航過(guò)程。步驟2:機(jī)器人移動(dòng)前，將無(wú)線通信模塊2固定在機(jī)械臂一側(cè)并啟 動(dòng)，啟動(dòng)無(wú)線通信模塊2進(jìn)行采樣，通過(guò)機(jī)械臂的轉(zhuǎn)動(dòng)采集周?chē)臻g內(nèi) 各點(diǎn)處與各無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)通信的無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度序列，并分別計(jì)算各組數(shù)據(jù)
的統(tǒng)計(jì)特征一平均值；選取平均值與當(dāng)前推進(jìn)步序號(hào)對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)平均 值最為接近的點(diǎn)為下一步目標(biāo)，向其移動(dòng)一步；當(dāng)所選取的點(diǎn)其采樣平 均值與存儲(chǔ)的當(dāng)前推進(jìn)步序號(hào)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的平均值誤差小于設(shè)定的最小閾 值時(shí)，誤差歸0;反之，當(dāng)誤差大與設(shè)定的最大閾值時(shí)，自動(dòng)退回到上 一位置，誤差歸0;具體過(guò)程為機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)45度，無(wú)線通信模塊2開(kāi)始向?qū)Ш骄W(wǎng)絡(luò)1先后發(fā)出10次廣播，收到廣播的無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)做出10次 響應(yīng)，及完成10次采樣；機(jī)械臂繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)45度，重復(fù)以上采樣過(guò)程，直至機(jī)械臂返回初始位置。計(jì)算各組數(shù)據(jù)內(nèi)各無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度的平均值，分別表示為「 pol polpol 1 「 po2 #。2 po2 1 f po8 ^o8， po8 ]L A;4/>1 ， ""v4尸2 ""^尸m J ，L ""^尸1 ， A^P2 Av4Pm』 ！_ A/4/>，""v4尸2 八力Pff7 J 0d 。8表示8個(gè)不同角度。選取平均值與當(dāng)前步序號(hào)y最為接近的角度，移動(dòng)0.5米，即角度。滿足使》*;-《wi最小，且?！陒。1,。2...。8}，誤差更新為i;i^c廣《尸丄 步序號(hào)更新為y+i。平均值與當(dāng)前推進(jìn)步序號(hào)對(duì)應(yīng)訓(xùn)練數(shù)據(jù)平均值最為接近的點(diǎn)為下一步目標(biāo)，向其移動(dòng)一步，并置ARecoWe《為rn^ ， 表示已歷經(jīng)到該位置。當(dāng)所選取的點(diǎn)其采樣平均值與存儲(chǔ)的當(dāng)前推進(jìn)步 序號(hào)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的誤差小于設(shè)定的最小閾值時(shí)，誤差歸0;反之，當(dāng)誤差5 大與設(shè)定的最大閾值時(shí)，自動(dòng)退回到上一位置，誤差歸0，并置 /sRecorafet/乂為尸a/se ,步序號(hào)更新為_(kāi)/陽(yáng)l 。步驟3:重復(fù)步驟2，直至機(jī)器人到達(dá)目的位置。該導(dǎo)航方式除了在特殊情況下需要尋求位置服務(wù)器4幫助外， 一般 可脫離位置服務(wù)器4完成整個(gè)導(dǎo)航過(guò)程。 3.主動(dòng)導(dǎo)航方式步驟1:設(shè)定機(jī)器人出發(fā)點(diǎn)位置和目的點(diǎn)位置坐標(biāo)，推進(jìn)步序號(hào)設(shè)為o。
步驟2:機(jī)器人移動(dòng)前向位置服務(wù)器4尋求幫助，位置服務(wù)器4計(jì)算從出發(fā)點(diǎn)到目的點(diǎn)的最優(yōu)路徑，并向機(jī)器人上的無(wú)線通信模塊2傳輸下一步位置點(diǎn)的各無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)無(wú)線電信號(hào)強(qiáng)度的參考平均值為步驟3:機(jī)器人移動(dòng)前，將無(wú)線通信模塊2固定在機(jī)械臂一側(cè)并啟動(dòng)，通過(guò)機(jī)械臂的轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng)分別采集周?chē)臻g內(nèi)各點(diǎn)處與各無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)通信的無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度，并分別計(jì)算各組數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特征一平均值；選 取平均值與收到的來(lái)自位置服務(wù)器4的平均值最為接近的點(diǎn)為下一步目 標(biāo)，向其移動(dòng)一步；當(dāng)所選取的點(diǎn)其采樣平均值與來(lái)自位置服務(wù)器4的參考平均值誤差 小于設(shè)定的最小閾值時(shí)，誤差歸0;反之，當(dāng)誤差大與設(shè)定的最大閾值 時(shí)，自動(dòng)退回到上一位置，誤差歸0;具體過(guò)程為啟動(dòng)無(wú)線通信模塊2進(jìn)行采樣，機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)45度，無(wú) 線通信模塊2開(kāi)始向?qū)Ш骄W(wǎng)絡(luò)1先后發(fā)出10次廣播，收到廣播的無(wú)線訪 問(wèn)點(diǎn)做出10次響應(yīng)，及完成10次采樣；機(jī)械臂繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)45度，重復(fù)以上采樣過(guò)程，直至機(jī)械臂返回初始位置。計(jì)算各組數(shù)據(jù)內(nèi)各無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度的平均值，分別表示為<formula>formula see original document page 20</formula>。！ 。8表示8個(gè)不同角度。選取平均值與來(lái)自位置服務(wù)器4的參考平 均值最為接近的角度，移動(dòng)0.5米，即角度。滿足使2! ^:丹—^4尸J I最小，且。e {01，02..力8}，誤差更新為Z^"—^"i。步序號(hào)更新為y+i。平均值與來(lái)自位置服務(wù)器4的參考平均值最為接近的點(diǎn)為下一步目標(biāo)，向其移動(dòng)一步，并置AReco/^《為7Vwe，表示 己歷經(jīng)到該位置。當(dāng)所選取的點(diǎn)其平均值與來(lái)自位置服務(wù)器4的參考平均值誤差小于
設(shè)定的最小閾值時(shí)，誤差歸O;反之，當(dāng)誤差c 大與設(shè)定的最大閾值時(shí)， 自動(dòng)退回到上一位置，誤差歸0，并置ARecoWe^為^/M，步序號(hào)更新 為,l。步驟4:重復(fù)步驟2和步驟3，直至機(jī)器人到達(dá)目的位置。以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并 不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理 解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā) 明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，其中包括一個(gè)導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)，由多個(gè)無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)組成，無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)天線采用全向天線，多個(gè)無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)覆蓋整個(gè)導(dǎo)航區(qū)域，導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)通過(guò)無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)路由進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；一個(gè)加裝于機(jī)器人上的無(wú)線通信模塊，其天線為全向天線，用于采集其與導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)中各無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)通信的無(wú)線電信號(hào)強(qiáng)度以及與導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)交互；多個(gè)加裝在機(jī)器人的傳感器，用于感知機(jī)器人是否遇到障礙物，機(jī)器人記錄并標(biāo)定遇到障礙物時(shí)的當(dāng)前位置；一個(gè)位置服務(wù)器，用來(lái)存儲(chǔ)導(dǎo)航區(qū)域內(nèi)各位置點(diǎn)上與無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)通信的無(wú)線電信號(hào)強(qiáng)度數(shù)據(jù)，位置服務(wù)器與一個(gè)無(wú)線通信模塊連接，用于實(shí)現(xiàn)與導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)的交互。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于在導(dǎo)航區(qū)域的 不同位置設(shè)置多個(gè)無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)，使在導(dǎo)航區(qū)域內(nèi)的任何位置點(diǎn)上，都有 兩個(gè)以上無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)覆蓋，即在任何位置上，機(jī)器人能夠同時(shí)通過(guò)兩個(gè) 以上無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)接入導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于所述無(wú)線通信 模塊安裝在機(jī)器人的具有360度自由旋轉(zhuǎn)或者擺動(dòng)的機(jī)械臂上，當(dāng)機(jī)械 臂觸及障礙物時(shí)，能夠反方向旋轉(zhuǎn)或擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人無(wú)需移動(dòng)就能探 測(cè)當(dāng)前位置點(diǎn)機(jī)械臂半徑范圍內(nèi)的無(wú)線電信號(hào)強(qiáng)度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于所述機(jī)器人上加裝的傳感器檢測(cè)機(jī)器人是否遇到障礙物，以以下三個(gè)判斷條件為依據(jù)檢測(cè)到與障礙物接觸時(shí)受到的阻力； 檢測(cè)到與障礙物的距離小于設(shè)定閾值； 檢測(cè)到當(dāng)前速度等于O，而加速度不等于0;當(dāng)機(jī)器人遇到障礙物后，記錄并標(biāo)定當(dāng)前位置，防止機(jī)器人再次進(jìn) 入該區(qū)域，并自動(dòng)退回到上一位置，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航中的智能學(xué)習(xí)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò) 程中，當(dāng)與機(jī)器人相連的無(wú)線通信模塊采集到的強(qiáng)度序列的統(tǒng)計(jì)特性無(wú) 法和存儲(chǔ)器內(nèi)所有位置點(diǎn)的參考序列匹配時(shí)，機(jī)器人通過(guò)導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)，向 位置服務(wù)器發(fā)送出發(fā)點(diǎn)位置坐標(biāo)、目的點(diǎn)位置坐標(biāo)、當(dāng)前采樣強(qiáng)度序列 和已歷經(jīng)強(qiáng)度序列。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于所述位置服務(wù) 器顯示導(dǎo)航區(qū)域的地圖或示意圖，導(dǎo)航區(qū)域被分割成不同柵格并在地圖 或示意圖上顯示；每個(gè)柵格內(nèi)與不同訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)通信的無(wú)線電信號(hào)強(qiáng)度特 征被事先測(cè)定，并保存于位置服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于所述位置服務(wù) 器通過(guò)與其連接的無(wú)線通信模塊接入導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)，接收機(jī)器人上無(wú)線通信 模塊發(fā)來(lái)的出發(fā)點(diǎn)位置坐標(biāo)、目的點(diǎn)位置坐標(biāo)、當(dāng)前采樣強(qiáng)度序列和已 歷經(jīng)強(qiáng)度序列；位置服務(wù)器采用更為復(fù)雜的定位算法，將這些強(qiáng)度序列 與其存儲(chǔ)的更為完善位置數(shù)據(jù)庫(kù)信息進(jìn)行對(duì)比，直接確定機(jī)器人當(dāng)前位 置和下一步推進(jìn)位置，在位置服務(wù)器的地圖或示意圖上顯示出機(jī)器人當(dāng) 前位置，將下一步推進(jìn)位置通過(guò)導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)發(fā)至機(jī)器人。
8. —種機(jī)器人導(dǎo)航方法，其特征在于機(jī)器人一旦判斷遇到了障礙 物，則記錄并標(biāo)定當(dāng)前位置的強(qiáng)度序列，防止機(jī)器人再次進(jìn)入該區(qū)域， 并自動(dòng)退回到上一位置，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航中的智能學(xué)習(xí)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的導(dǎo)航方法，其特征在于，所述導(dǎo)航采用訓(xùn) 練導(dǎo)航方式，其訓(xùn)練導(dǎo)航步驟為步驟1:設(shè)定機(jī)器人出發(fā)點(diǎn)位置坐標(biāo)和目的點(diǎn)位置坐標(biāo)，推進(jìn)步序 號(hào)設(shè)為0，將無(wú)線通信模塊固定到機(jī)械臂中央位置；步驟2:通過(guò)牽引或者助推方式使機(jī)器人從出發(fā)點(diǎn)逐步向目標(biāo)點(diǎn)移 動(dòng)；機(jī)器人每推進(jìn)一個(gè)大小等于機(jī)械臂半徑的步距后，推進(jìn)序號(hào)加1， 并啟動(dòng)無(wú)線通信模塊，對(duì)各無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)進(jìn)行信號(hào)強(qiáng)度采集，做統(tǒng)計(jì)處理 和保存；統(tǒng)計(jì)處理結(jié)果與當(dāng)前移動(dòng)的推進(jìn)步序號(hào)關(guān)聯(lián)；步驟3:重復(fù)步驟2，直至機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到目的位置，結(jié)束訓(xùn)練過(guò)程;步驟4:將機(jī)器人歸位到出發(fā)點(diǎn)位置，并設(shè)定機(jī)器人出發(fā)點(diǎn)位置和 目的點(diǎn)位置坐標(biāo)，推進(jìn)步序號(hào)設(shè)為0，誤差設(shè)為0，進(jìn)入導(dǎo)航過(guò)程；步驟5:機(jī)器人移動(dòng)前，將無(wú)線通信模塊固定在機(jī)械臂一側(cè)并啟動(dòng)， 通過(guò)機(jī)械臂的轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng)分別采集周?chē)臻g內(nèi)各點(diǎn)處與各無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)通 信的無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度序列，并分別計(jì)算各組數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特征；選取統(tǒng)計(jì)特 征與當(dāng)前推進(jìn)步序號(hào)對(duì)應(yīng)訓(xùn)練數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)特征最為接近的點(diǎn)為下一步目 標(biāo)，向其移動(dòng)一步，推進(jìn)步序號(hào)加1;當(dāng)所選取的點(diǎn)其采樣統(tǒng)計(jì)特征與 存儲(chǔ)的當(dāng)前推進(jìn)步序號(hào)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特征誤差小于設(shè)定的最小閾值 時(shí)，誤差歸0;反之，當(dāng)誤差大于設(shè)定的最大閾值時(shí)，自動(dòng)退回到上一 位置，誤差歸0;步驟6:重復(fù)步驟5，直至機(jī)器人到達(dá)目的位置。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的導(dǎo)航方法，其特征在于，所述導(dǎo)航采用 存儲(chǔ)導(dǎo)航方式，其存儲(chǔ)導(dǎo)航步驟為步驟1:設(shè)定機(jī)器人出發(fā)點(diǎn)位置和目的點(diǎn)位置坐標(biāo)，推進(jìn)步序號(hào)設(shè) 為0，誤差設(shè)為0;在機(jī)器人的存儲(chǔ)器中保存一份無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)參考強(qiáng)度序 列數(shù)據(jù)，該序列數(shù)據(jù)實(shí)際是某次針對(duì)該出發(fā)點(diǎn)和目的點(diǎn)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)的備 份；機(jī)器人直接開(kāi)始導(dǎo)航過(guò)程；步驟2:機(jī)器人移動(dòng)前，將無(wú)線通信模塊固定在機(jī)械臂一側(cè)并啟動(dòng)， 通過(guò)機(jī)械臂的轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng)分別采集周?chē)臻g內(nèi)各點(diǎn)處與各無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)通 信的無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度序列，并分別計(jì)算各組數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性；選取統(tǒng)計(jì)特 征與當(dāng)前推進(jìn)步序號(hào)對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)特征最為接近的點(diǎn)為下一步目 標(biāo)，向其移動(dòng)一步；當(dāng)所選取的點(diǎn)其采樣統(tǒng)計(jì)特征與存儲(chǔ)的當(dāng)前推進(jìn)步 序號(hào)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特征誤差小于設(shè)定的最小閾值時(shí)，誤差歸0;反之， 當(dāng)誤差大與設(shè)定的最大閾值時(shí)，自動(dòng)退回到上一位置，誤差歸0;步驟3:重復(fù)步驟2，直至機(jī)器人到達(dá)目的位置。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的導(dǎo)航方法，其特征在于，所述導(dǎo)航采用 主動(dòng)導(dǎo)航方式步驟為步驟1:設(shè)定機(jī)器人出發(fā)點(diǎn)位置和目的點(diǎn)位置坐標(biāo)，推進(jìn)步序號(hào)設(shè) 為0，誤差設(shè)為0;步驟2:機(jī)器人移動(dòng)前向位置服務(wù)其尋求幫助，位置服務(wù)器計(jì)算從 出發(fā)點(diǎn)到目的點(diǎn)的最優(yōu)路徑，并向機(jī)器人上的無(wú)線通信模塊傳輸下一步 位置點(diǎn)的無(wú)線電信號(hào)強(qiáng)度序列的統(tǒng)計(jì)特征值；步驟3:機(jī)器人移動(dòng)前，將無(wú)線通信模塊固定在機(jī)械臂一側(cè)并啟動(dòng)， 通過(guò)機(jī)械臂的轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng)分別采集周?chē)臻g內(nèi)各點(diǎn)處與各無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)通 信的無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度，并分別計(jì)算各組數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特征；選取統(tǒng)計(jì)特征與 收到的來(lái)自位置服務(wù)器的統(tǒng)計(jì)特征最為接近的點(diǎn)為下一步目標(biāo)，向其移 動(dòng)一步；當(dāng)所選取的點(diǎn)其采樣統(tǒng)計(jì)特征與存儲(chǔ)的當(dāng)前推進(jìn)步序號(hào)對(duì)應(yīng)數(shù) 據(jù)的統(tǒng)計(jì)特征誤差小于設(shè)定的最小閾值時(shí)，誤差歸0;反之，當(dāng)誤差大 與設(shè)定的最大閾值時(shí)，自動(dòng)退回到上一位置，誤差歸0;步驟4:重復(fù)步驟2和步驟3，直至機(jī)器人到達(dá)目的位置。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)及導(dǎo)航方法，系統(tǒng)包括多個(gè)無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)構(gòu)建一個(gè)導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)；無(wú)線通信模塊用于數(shù)據(jù)傳輸和采集與各無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)通信的強(qiáng)度序列；傳感器用于感知機(jī)器人是否遇到障礙物；一個(gè)位置服務(wù)器存儲(chǔ)參考強(qiáng)度序列和運(yùn)行復(fù)雜定位算法，通過(guò)連接一個(gè)無(wú)線通信模塊連接，與導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)的交互；導(dǎo)航方法機(jī)器人對(duì)比實(shí)時(shí)采集的強(qiáng)度序列與存儲(chǔ)各位置點(diǎn)參考強(qiáng)度序列，判斷下一目標(biāo)位置，直至到達(dá)目的地；當(dāng)識(shí)別到障礙物時(shí)，記錄并標(biāo)定該處強(qiáng)度序列，以免再次進(jìn)入該區(qū)域，實(shí)現(xiàn)智能學(xué)習(xí)；機(jī)器人可向位置服務(wù)器上傳相關(guān)信息，借助位置服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)和定位算法實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航中的輔助定位。本發(fā)明具有不易受環(huán)境影響，實(shí)現(xiàn)和維護(hù)成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04Q7/20GK101126808SQ200710119868
公開(kāi)日2008年2月20日 申請(qǐng)日期2007年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月2日
發(fā)明者姚慶明, 王飛躍, 艾云峰 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所