王海波 蔣羽鑫

（1.吉林化工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院,吉林 吉林 132022 ；2.吉林化工學(xué)院圖書館,吉林 吉林 132022）

1 前言

2 圖書管理機(jī)器人定位算法

3 圖書管理助手機(jī)器人導(dǎo)航方法

圖書管理助手機(jī)器人在圖書館已知環(huán)境中自主地創(chuàng)建地圖，并根據(jù)霍爾傳感器檢測(cè)到的信息及相應(yīng)的算法來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航[6-9]。機(jī)器人導(dǎo)航定位框圖如圖3所示，框圖中，機(jī)器人從工作出發(fā)點(diǎn)開始，首先根據(jù)工作環(huán)境條件進(jìn)行分析，建立拓?fù)涞貓D（如圖4所示），然后根據(jù)拓?fù)涞貓D和自身位置，按照相應(yīng)的算法進(jìn)行本體定位。定位過程中，機(jī)器人根據(jù)霍爾傳感器實(shí)時(shí)發(fā)送來的信息，按照前文論述的定位算法進(jìn)行計(jì)算，不斷得出在目前位置下的下一時(shí)刻運(yùn)動(dòng)參數(shù)的調(diào)整，以便不斷調(diào)整位姿，根據(jù)自身位置和目的地進(jìn)行路徑規(guī)劃。機(jī)器人在行進(jìn)過程中，按照定位算法實(shí)時(shí)更新自身位置，不斷進(jìn)行路徑規(guī)劃，以接近目標(biāo)，然后完成相應(yīng)的任務(wù)。圖書管理助手機(jī)器人導(dǎo)航過程中的拓?fù)涞貓D的建立是正常工作的基礎(chǔ)，由于圖書館的房間結(jié)構(gòu)已知，所以可以把圖書館房間的一些特征點(diǎn)簡(jiǎn)化為節(jié)點(diǎn)，作為拓?fù)涞貓D的關(guān)鍵點(diǎn)，然后根據(jù)這些點(diǎn)來得出相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)軌跡。定位方案中采用相對(duì)定位和絕對(duì)定位的算法來實(shí)現(xiàn)，最終機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)自主定位來完成相應(yīng)工作。

圖3 機(jī)器人定位導(dǎo)航框圖

圖4 圖書館房間拓?fù)涞貓D

圖書管理助手機(jī)器人本體定位方法如圖5所示[10-13]。定位過程中，需要在工作場(chǎng)所建立相應(yīng)的定位柵格，定位柵格上布設(shè)有機(jī)器人能夠識(shí)別的標(biāo)識(shí)，采用相對(duì)與絕對(duì)相結(jié)合（相對(duì)定位采用航位推算法，絕對(duì)定位采用RFID路標(biāo)定位法）來實(shí)現(xiàn)自主定位，這樣可以引導(dǎo)機(jī)器人進(jìn)行工作避障。

圖5 本體定位方法

機(jī)器人避障過程中，需要采用超聲波傳感器來進(jìn)行輔助，實(shí)際應(yīng)用的超聲波傳感器分兩種，一種是收發(fā)一體式，另外一種是收發(fā)分離式。其中，收發(fā)分離式由于探頭結(jié)構(gòu)聲絕緣好，發(fā)射角小，發(fā)射距離遠(yuǎn)，目前來說應(yīng)用較普遍。本機(jī)器人選用的收發(fā)分離式超聲波傳感器型號(hào)如圖6所示。

圖6 收發(fā)分離式傳感器

4 實(shí)驗(yàn)研究

依據(jù)本文所論述的霍爾傳感器定位技術(shù)搭建了圖書管理助手機(jī)器人實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)中，機(jī)器人需要到四個(gè)房間中進(jìn)行工作，并且在樓道中設(shè)置了一個(gè)障礙物，布置了柵格地圖，初始位置距離障礙物15 m。機(jī)器人出發(fā)后，能夠按照預(yù)定的路線行進(jìn)，避開障礙物，到達(dá)預(yù)定房間，完成工作。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，圖書管理助手機(jī)器人基于霍爾傳感器的定位技術(shù)達(dá)到了預(yù)定的技術(shù)要求。

5 結(jié)論

本文通過對(duì)圖書管理助手機(jī)器人導(dǎo)航特性的研究，分析了實(shí)時(shí)定位導(dǎo)航算法。得到了機(jī)器人工作過程中實(shí)時(shí)避障技術(shù)，實(shí)驗(yàn)表明，機(jī)器人可以利用這些技術(shù)完成預(yù)定的工作。