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)
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
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。
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。