导航机器人的设计与研究

导航机器人的设计与研究

侯晟乾5120309547

【摘要】机器人已有三千多年的历史。20世纪，机器人技术得到迅速的发展并在工业中得到广泛应用。机器人学已发展为综合了机械学、电子学、计算机科学等多个学科的综合性科学，代表了机电一体化的最高成就，是当今世界科学技术发展最活跃的领域之一。本次研究中，我们以“宝贝车”为研究对象，研究基础的导航知识。

【关键词】机器人车导航

移动机器人是一种在复杂的环境下工作的具有自规划、自组织、自适应能力的机器人。在移动机器人的相关技术研究中，导航技术可以说是其核心技术，也是其实现真正的智能化和完全的自主移动的关键技术[7,8]。导航研究的目标就是没有人的干预下使机器人有目的地移动并完成特定任务，进行特定操作。机器人通过装配的信息获取手段，获得外部环境信息，实现自我定位，判定自身状态，规划并执行下一步的动作。

一、研究目的

现阶段移动机器人技术发展迅速，也有很大的实际应用价值。上海交通大学校园的占地面积约6000亩，有效的导航设备对于外来参观人员是很有必要的。所以，我们小组希望设计出一款导航机器人车，作为上海交通校园的“导游”。

二、研究过程

（一）相关知识学习

移动机器人的导航方式很多，主要有基于传感器数据导航，卫星导航等。

1、基于传感器数据导航

一般机器人都安装了一些非视觉传感器，如超声传感器、红外传感器、接触传感器等。机器人能够在动态非结构化环境中实现自主导

航。

2、卫星导航

GPS全球定位系统是以距离作为基本的观测量，通过对四颗GPS 卫星同时进行伪距离测量计算出用户(接收机)的位置。机器人通过安

装卫星信号接收装置，可以实现自身定位以及导航的功能。

（二）对导航车的设计

1、定位、导航与路线设计

该目标的实现主要基于现有的GPS全球定位系统。所以为完成该目标应完成以下两项任务：

●安装合适的GPS导航设备

我们需要安装含有GPS导航系统的插入式芯片。之后运用该系统为机器人导入交大校园的地图，并且在游客输入起点与终

点信息后，设计出一条合适的路线。

●实现交大校园全网络覆盖

进一步完善校园网络设备、器材。为GPS卫星定位系统提供平台。

2、机器人避障设计

机器人在行走时，应根据路面状况做出机动，因此需要超声波传感器将路面信息反馈。

●超声波测距原理

通过超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射时刻的同时开始计时,超声波在空气中传播时碰到障碍物就立即返回来,超

声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播

速度为v ,而根据计时器记录的测出发射和接收回波的时间差△t ,

就可以计算出发射点距障碍物的距离S ,即:

S = v·△t /2

●算法设计

机器人运动时，信号发射器每隔一定时间发出等距的信号。

如果在该距离中有障碍物，接收器会接收到反射超声波，发亏信

息为高电压（1），否则为低电压。因此，当反馈信息为1时，小

车做“向后”，“向左”，“向右”，“向前”的机动动作。代码实现通过Basic

语言完成。

3、外观设计

●履带设计

履带是由主动轮驱动、围绕着主动轮、负重轮、诱导轮和托带轮的柔性链环。履带板的两端有孔，与主动轮啮合，中部有诱

导齿，用来规正履带，并防止机器人转向或侧倾行驶时履带脱落，

在与地面接触的一面有加强防滑筋（简称花纹），以提高履带板的

坚固性和履带与地面的附着力。所以采用履带设计可以有效地提

高机器人的稳定性。

●载人设计

为了增加导航机器人的实用性，我们小组希望机器人能拥有载人的功能。所以，在原有技术基础之上，需要完成：机器人动

力装置的改造；机器人外形扩大改装。当然，这一目标仅为初步

设想，具体实现依然需要进一步探究。

三、问题与解决方案

本次试验运用了基本的编程语言，基础的机器人知识。但是，本次试验与探究仍然存在不少缺陷。以下为主要的问题:

●本次探究实验主要停留在策划的阶段，还未做大量、广泛的市场

调研，所以机器人的实现还需要一定时间。

●实验的理论基础是该学期所学到的机器人理论，虽然能完成一些

基础的功能，但是知识架构仍然不够全面，某些构想可能不够合

理。

●由于时间仓促，机器人设计也不是很全面。

若解决以上问题，需要进一步学习计算机编程，机器人理论等相关知识。需要进行全面、广泛的市场调研，探究导航机器人的市场运用价值。除此之外，进一步完善最初设计，形成具有可操作性的策划。

四、学习收获

近一个月的机器人编程实践课程是我首次将编程知识运用到现实操作过程当中，收获颇多。

之前对于编程的认识仅仅停留在编写代码，学习语法阶段。并且，对于编程的运用以及设计领域的认识也都比较粗浅。当完成“机器人编程综合实践”课程的学习，了解编程知识在机器人、机械自动化等领域的重要作用。

课程学习的过程也是收获很多的过程。从最初简单的尝试到最后较为高级的自己探索，的确学习到了很多。本次课程涉及很多编程知识，所以探究过程中不免有反复的纠错与研究。这也是对自身知识水平的提升，以及学习精神的磨练。当最终目标的实现适度自身努力的肯定。

参考资料

[1]《导航机器人公共物流配置平台》

[2]《机器人设计与实现》