CN109765897A - 一种机器人导航系统及其导航方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人导航系统及其导航方法。所述机器人导航系统装载在机器人机身底部，其包括在导航金属条上滑动的识别开关、以及导航控制模块；所述识别开关包括多个呈十字排布并相互隔离装配在绝缘体内的导电柱，所述导电柱的上端与接线端子电连接，下端在导航金属条上滑动；当十字排布的中心区域位于导航金属条上时，其横向最外侧的两个导电柱均脱离导航金属条并且其中一个导电柱与电源负极电连接，十字排布中心的导电柱分别与电源的正极和机器人电机驱动系统电连接；导航控制模块通过采集导电柱上的电压值对机器人在导航金属条上的状态进行识别，通过电机驱动系统对机器人的进行状态进行纠偏。

Description

一种机器人导航系统及其导航方法

技术领域

本发明涉及一种机器人，尤其涉及一种机器人导航系统及其导航方法。

背景技术

现有的固定路线导航机器人种类很多，其固定路线大多包括地面凸起式/凹陷式导轨、地面铺设磁条以及地面划线视觉识别的方式，但是这些固定路线的方式或多或少都存在相应的缺陷或弊端。

具体的，地面凸起式导轨的弊端是有轨导航轨道凸出，对人和移动设备形成障碍，容易对行走的人和其它设备造成不便，很难将凹或陷得的轨道做的美观。地面凹陷式导轨的弊端是容易对行走的人和其它设备造成不便，不仅凹陷槽容易进杂物，而且现场施工不便。地面铺设磁条方式的缺陷是当磁条磁性消失或磁感应器发生故障时，机器人可能乱跑，有撞坏其它设备的危险。地面划线视觉识别的缺点是划线被其它污点遮挡，或视觉传感器故障，有机器人可能乱跑，有撞坏其它设备的危险。除此之外，一切激光，无线定位导航的缺点是出现故障，机器人乱跑有撞坏其它设备的危险。然而对于对安全要求极高的场合，需杜绝预防任何故障或黑客侵入而导致的机器人乱走，从而撞坏其它设备。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种机器人导航系统及其导航方法，不仅能够有效的避免现有技术中导轨式固定路线容易对行走的人和其它设备造成的不便，而且施工方便，能够彻底杜绝机器人乱走撞坏其它设备的危险。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种机器人导航系统，所述导航系统包括装载在机器人机身底部的导航开关，以及铺设在地面形成机器人行进轨迹的导航金属条；

所述导航开关包括导航控制模块和能够在导航金属条上滑动的识别开关；所述识别开关包括装配在绝缘体内的多个导电柱，其上端伸出绝缘体并与接线端子电连接，下端伸出绝缘体并能够在导航金属条上滑动；导电柱在绝缘体内呈十字排布并相互隔离，其中十字排布的横向长度大于其纵向长度，当十字排布的中心区域位于导航金属条上时，十字排布横向最外侧的两个导电柱均脱离导航金属条；十字排布横向最外侧中的一个导电柱与驱动电池的负极电连接，中心位置的导电柱分别与驱动电池的正极、机器人的电机驱动系统电连接，导电柱通过与导航金属条接触将机器人的电机驱动系统与驱动电池连通；所述导航控制模块与导电柱电连接，还通过电机驱动系统与机器人的左轮、右轮电连接。

进一步地，所述导航控制模块通过采集导电柱上的电压值，根据电压值对导电柱与导航金属条的接触/不接触的状态进行识别；基于所有导电柱的状态对机器人在导航金属条上的状态进行识别；导航控制模块还根据所识别的机器人状态，通过电机驱动系统控制机器人的左轮、右轮对机器人的进行状态进行纠偏。

进一步地，所述导航开关位于机器人左轮/右轮轴线的中心位置；所述导电柱的上端伸出绝缘体与抵在绝缘体上的锁紧件螺纹连接，通过锁紧件调节导电柱下端伸出绝缘体的长度；所述导电柱的下端设有椎台，其上套设有位于绝缘体内的弹性件。

进一步地，所述导电柱包括横向依次排列的对左拐弯识别的导电柱C1、对左偏离识别的导电柱A1、与电机驱动系统电连接的导电柱S1、与驱动电池正极电连接的导电柱S2、对右偏离识别的导电柱A2和对右拐弯识别的导电柱C2；

其中，导电柱C1、导电柱A1、导电柱A2和导电柱C2分别和导航控制模块电连接；

所述导电柱还包括纵向上对前行识别的导电柱B1、以及对后退识别的导电柱B2；导电柱B1和导电柱B2分别和导航控制模块电连接；导电柱B1和导电柱B2分布于十字横向排布的两侧并均位于导电柱S1和导电柱S2的中轴线上；

所述导电柱A1、导电柱B1、导电柱B2、导电柱A2和导电柱C2均通过电阻与驱动电池负极电连接。

进一步地，所述导航金属条将在其上接触的导电柱连接形成高电位，未与导航金属条接触的导电柱为低电位。

进一步地，所述导航系统还包括驱动电池BT的充电系统；所述充电系统包括设置在补充电源区间段的充电金属条，所述充电金属条设置导航金属条一侧的并与其之间存在充电间距，所述充电间距大于导电柱A2和导电柱C2之间的距离并小于导电柱S2和导电柱C2之间的距离；

充电金属条与开关电源电连接；所述开关电源的正极接导航金属条，负极接充电金属条；

当机器人进入补充电源区间段时，充电金属条位于导电柱C2底部；导电柱C2通过并联设置的二极管D2和电阻R2与驱动电池BT的负极电连接；导电柱C1依次通过并联设置的二极管D1和电阻R1、以及导航控制模块分别与导电柱C2和驱动电池的负极电连接。

进一步地，所述导航控制模块还电连接有编码器、铁电存储器和超声波测距传感器；所述编码器安装在机器人底盘的从动轮上，向从动轮输出前进后退信号，并记录机器人的行走距离；所述导航控制模块与机器人控制系统通信连接。

一种机器人导航系统，包括机器人导航系统；所述导航控制模块还电连接有编码器、铁电存储器和超声波测距传感器；所述编码器安装在机器人底盘的从动轮上，用于向从动轮输出相应前进后退信号，并记录机器人的行走距离；所述导航控制模块与机器人控制系统通信连接。

一种机器人导航系统的导航方法，包括以下步骤：

1)对导航金属条进行区间分割

在导航金属条上添加将其分割成具有不同距离区间的标记节点，所述标记节点包括十字、丁字、直角和终止点中的一种或多种；

2)获取导航地图

导航控制模块通过电机驱动系统驱动机器人在导航金属条的每个区间上行走，通过机器人在导航金属条上行走记录所有标记节点，形成导航地图；导航控制模块通过与机器人控制系统通信进行导航地图的共享；

3)起始原点的定位

将标记节点、每个区间的终止点坐标和直线区间的距离编号存储在导航控制模块中，机器人每次行走的当前位置存储在铁电存储器中，复位启动时通过调用铁电存储器中当前位置坐标进行起始原点的定位；

4)对机器人的进行状态进行控制

导航控制模块实时接受机器人控制系统返回的应答信息和控制命令对机器人的行进状态进行控制。

进一步地，行走的过程中将每个区间的端点用坐标进行标记存贮在铁电存储器中，并通过编码器计算每个区间的距离。

进一步地，按东南西北方向有路标记为1，无路的地方为0，形成4位二进制值，将区间的端点用采用二进制值坐标进行标记。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、首先通过在地面铺设导航金属条作为机器人行走预设的固定路线，机器人沿着导航金属条行走时，导电柱在导航金属条上滑动，导航控制模块采集导电柱上的电压值，根据导电柱与导航金属条的接触导通组合，对机器人在导航金属条上的状态进行识别，并通过电机驱动系统对机器人的进行状态进行纠偏，使得机器人始终沿着金属条路线行进；

2、由于识别开关十字排布中心的导电柱分别与驱动电池BT的正极和机器人电机驱动系统电连接，成为开关导电柱，用于与导航金属条接触时给机器人的电机驱动系统供电，当十字排布中心的导电柱离开导航金属条时，机器人驱动电源断电急停，对于对安全要求极高的场合，能够有效杜绝或预防任何故障或黑客侵入而导致的机器人失控，撞坏其它设备的危险；

3、将导航金属条铺设在地面上，施工方便，并不影响人行走和地面美观；

4、通过驱动电池BT的充电系统能够使得机器人在行走执行任务中自动充电，实现每天24小时不间断工作；

5、由于导航偏离路线的精度最大为导航金属条的宽度，导电柱A1、导电柱A2距离导航金属条边沿的距离和电机驱动系统决定了控制精度，因此本发明导航系统定位精度高，可在毫米范围，价格低廉，安全度高。

附图说明

图1为机器人导航系统原理图之一；

图2为识别开关结构示意图；

图3为识别开关与导航金属条位置关系图；

图4为识别开关偏离导航金属条状态示意图；

图5为机器人导航系统纠偏原理图；

图6为机器人导航系统纠偏算法原理框图；

图7为机器人导航系统前向右拐弯识别示意图A；

图8为机器人导航系统前向右拐弯识别示意图B；

图9为机器人导航系统导航金属条十字节点识别示意图；

图10为机器人底盘布局图；

图11为机器人导航系统原理框图；

图12为机器人的行进坐标示意图；

图13为机器人导航系统充电系统原理图；

图14为机器人导航系统原理示意图之二。

图15为左右轮控制原理图；

图16为步进电机驱动电路图。

图中：1-导航金属条、2-导电柱、3-充电金属条、4-绝缘体、5-弹簧、6-锁紧件、7-接线端子。

具体实施方式

下面结合附图和实施例本发明做进一步阐述。

实施例1

参考图1，一种机器人导航系统，所述导航系统装载在机器人机身底部左轮轴线上并位于左轮和右轮中心位置，其包括用于在地面铺设的导航金属条1上滑动的识别开关、以及导航控制模块；

参考图1和图2，所述识别开关包括多个导电柱2，所述导电柱2呈十字排布并相互隔离装配在绝缘体4内；所述导电柱2的上端伸出绝缘体4并通过导线与接线端子7电连接，下端在导航金属条1上滑动；十字排布的横向长度大于其纵向长度，当十字排布的中心区域位于导航金属条1上时，十字排布横向最外侧的两个导电柱均离开导航金属条1；十字排布横向最外侧的其中一个导电柱2与驱动电池BT的负极电连接，十字排布中心的导电柱2分别与驱动电池BT的正极和机器人电机驱动系统电连接，用于与导航金属条1接触时给机器人的电机驱动系统供电；所述电机驱动系统与左轮和右轮电连接；

所述导航控制模块与机器人控制系统、电机驱动系统和导电柱2电连接，用于采集导电柱2上的电压值，根据电压值对导电柱2与导航金属条1的接触/不接触的状态进行识别；基于所有导电柱2的状态对机器人在导航金属条1上的状态进行识别；导航控制模块还根据所识别的机器人状态，通过电机驱动系统控制机器人的左轮、右轮对机器人的进行状态进行纠偏。

需要说明的是，本实施例所述机器人主要针对安全要求极高的场合，如铁路机房，变电站，本发明所述的机器人包括巡检机器人，所述机器人及机器人控制系统均为现有技术在本实施例当中不再加以赘述，本实施例导航控制模块优选型号为PIC32MK1024GPE100-C的32位单片机。本实施例导航金属条优选不锈钢或黄铜条，所述导航金属条优选30毫米宽的金属条。本发明首先通过在地面铺设导航金属条作为机器人行走预设的固定路线，机器人沿着导航金属条行走时，导电柱在导航金属条上滑动，导航控制模块采集导电柱2上的电压值，根据所有导电柱2与导航金属条1的接触状态，对机器人在导航金属条1上的状态进行识别，并通过电机驱动系统对机器人的进行状态进行纠偏，使得机器人始终沿着导航金属条路线行进；接着由于识别开关十字排布中心的导电柱分别与驱动电池BT的正极和机器人电机驱动系统电连接，成为开关导电柱，用于与导航金属条1接触时给机器人的电机驱动系统供电，当十字排布中心的导电柱离开导航金属条时，开关断开，机器人驱动电源断电急停，对于对安全要求极高的场合，能够有效杜绝或预防任何故障或黑客侵入而导致的机器人失控，撞坏其它设备的危险；除此之外，由于将导航金属条铺设在地面上，施工方便，并不影响人行走和地面美观。

进一步地，参考图2，所述导电柱2的下端设有椎台；所述导电柱2上套设有封闭于绝缘体4内的弹性件5。

进一步地，参考图2，所述导电柱2的上端端部通过锁紧件6固定在绝缘体4顶部开设的凹槽内。

需要说明的是，绝缘体4常用材质包括PBT、NYLON、ABS、PC、LCP，本实施例所述绝缘体4优选PBT，本实施例所述锁紧件6优选螺母，与导电柱2的上端螺纹连接，导电柱2、导航金属条1、充电金属条3以及锁紧件6优选同一种材质，所述材质采用黄铜或不锈钢。

需要说明的是，弹簧件5主要作用是将导电柱2顶在金属条上，使得导电柱和金属条有紧密的电气连接。弹簧件5一端抵在绝缘体4上，一端抵在导电柱2的卡合凸台上，锁紧件6抵在绝缘体4上，当无金属条阻挡导电柱时，调节锁紧件6可以调节导电柱2伸出绝缘体4的长度。通常调节导电柱2伸出绝缘体4的长度大于等于导航金属条的厚度，本实施例所述导航金属条和充电金属条的厚度均优选1毫米。当导电柱2一端垂直地面滑向金属条时，由于导电柱2伸出绝缘体4的一端采用椎台设计，便于导电柱划到导航金属条或充电金属条上，金属条边沿在导电柱2椎台上滑动，导致导电柱2沿轴向向上运动金属条厚度的距离，压缩弹簧件5同等距离。由于弹簧件5受到压缩产生的力将导电柱2和充电金属条3、导航金属条1紧密的结合，形成电气连接。本实施例导电柱2下端椎台与水平面的夹角优选30-60度。

进一步地，参考图2，所述导电柱2包括8个导电柱。

进一步地，参考图1和图3，所述导电柱2包括位于横向上且依次排列的用于导航控制模块左拐弯识别的导电柱C1、用于导航控制模块左偏离识别的导电柱A1、用于与电机驱动系统电连接的导电柱S1、用于与驱动电池BT正极电连接的导电柱S2、用于导航控制模块右偏离识别的导电柱A2、用于导航控制模块右拐弯识别的导电柱C2；其中，导电柱C1、导电柱A1、导电柱A2和导电柱C2分别和导航控制模块电连接；

所述导电柱(2)还包括纵向上对前行识别的导电柱B1、以及对后退识别的导电柱B2；导电柱B1和导电柱B2分别和导航控制模块电连接；导电柱B1和导电柱B2分别位于导电柱S1和导电柱S2的中轴线上；所述导电柱A1、导电柱B1、导电柱B2、导电柱A2和导电柱C2均通过电阻与驱动电池BT负极电连接；

导航金属条1将在其上接触的导电柱2连接形成高电位，未与导航金属条1接触的导电柱为低电位，导航控制模块通过采集导电柱2上的电压值对机器人在导航金属条1上的状态进行识别，并通过电机驱动系统驱动相应的左轮和右轮对机器人的进行状态进行纠偏。

需要说明的是，参考图1，当导电柱S1、导电柱S2在导航金属条上时，导航金属条得电位电源正极，此时当导电柱A1、导电柱A2、导电柱B1、导电柱B2、导电柱C1、导电柱C2接触导航金属条导通后，这些点和电源正极VCC是一个电位，导航控制模块根据导通的组合来判断，机器人在金属条上的状态并进行识别。

下面针对不同的状态的识别进行说明：

1)直行与偏离状态识别

当导电柱A1、导电柱A2、导电柱B1、导电柱B2在导航金属条1上接通为直行区间状态，此状态机器人为未偏离金属条，可继续前进和后退，如图3所示。

当导电柱A1、导电柱B1、导电柱B2在导航金属条1上接通为偏离轨道，机器人应向导电柱A2方向调整，如图4所示。

当导电柱A2、导电柱B1、导电柱B2在导航金属条1上接通为偏离轨道，机器人应向A1方向调整。

在图5所示，在安装导航系统时，为了简化驱动控制纠偏算法，导航系统在左右轮轴线以及在两轮中间。导电柱S1、导电柱S2导通，导航金属条1是电源正极，此时导电柱A1、导电柱B1、导电柱B2接通正极，导航控制模块可以知晓，机器人偏向左边，需要向右行使纠偏，驱动左轮转速大于右轮向前，后退也如此调整。

正常行使时左右轮转速相等。图6给出了纠偏算法原理框图。

2)前进状态拐弯状态识别

参考图7，当导电柱A1、导电柱A2、导电柱B2、导电柱C1接通时，执行导电柱C2方向拐弯操作。

当导电柱A1、导电柱A2、导电柱B2、导电柱C2接通时，执行导电柱C1方向拐弯操作。

参考图7，当导电柱A1、导电柱A2、导电柱B1、导电柱B2和导电柱C2接通高电平时，是识别到C2方向有拐弯，此时机器人当继续前行大约金属条一半宽度的距离，直到导电柱A1、导电柱A2、导电柱B2、导电柱C1接通高电平时如图8所示，执行C2方向90度拐弯操作。具体的，90度拐弯操作时，导航控制模块通过左轮驱动电机控制驱动导电柱C1侧的左轮向前，通过右轮驱动电机控制驱动导电柱C2侧右轮向后，可以参考导电柱B1由高电平变低电平脱离水平方向导航金属条1，再C2由高电平转低电平到竖直方向金属条为依据控制转弯到位。本发明由于导航偏离路线的精度最大为导航金属条的宽度，导电住A1、A2距离导航金属条边沿的距离和电机驱动系统决定了控制精度，因此本发明导航系统定位精度高，可在毫米范围，价格低廉，安全度高。

3)十字路线识别

参考图9，当导电柱A1、导电柱A2、导电柱B1、导电柱B2、导电柱C1、导电柱C2接通，轨道十字路线。拐弯方向由机器人预设的拐弯方向行走。

4)丁字路线识别

图9是十字道路识别，当去掉一个方向为丁字路线。拐弯方向由机器人预设的拐弯方向行走。

当导电柱A1、导电柱A2、导电柱B1、导电柱B2、导电柱C2接通为轨道向导电柱C1方向无轨道；

当导电柱A1、导电柱A2、导电柱B1、导电柱B2、导电柱C1接通为轨道向导电柱C2方向无轨道；

当导电柱A1、导电柱A2、导电柱B2、导电柱C1、导电柱C2接通为导电柱B1方向无轨道；

当导电柱A1、导电柱A2、导电柱B2、导电柱C1、导电柱C2接通为导电柱B2方向无轨道。

5)末端路线识别

图9是十字道路识别，当去掉三个方向为末端路线。末端路线机器人不再行走。只能停止或反向行走。

当导电柱A1、导电柱A2、导电柱B2接通时前方为末端。当导电柱A1、导电柱A2、导电柱B1接通时后方为末端。

参考图15和图16，本实例优选步进电机驱动左右轮，左轮步进电机通过左轮驱动器与导航控制模块电连接，右轮步进电机通过右轮驱动器与导航控制模块电连接，本实施例所述左/右轮驱动器采用BDL-20/35驱动器，参考图15和图16，ENA:使能端：此光隔离输入信号用于使能/禁止，驱动器工作，高电平使能，不用时，悬空即可；PUL:脉冲信号端上升沿有效；每当脉冲由低变高时电机走一步；DIR:电机转向信号端用于改变电机方向，TTL电平驱动。电源接在导电柱S1、S2上，实现脱离导航金属条切断驱动电源，实现安全保护。采用图15和图16控制电路前进后退时，只需DIR1、DIR2方向一致即可，方向不一致就原地拐弯，较大的拐弯角度可以参照编码器所测量的圆弧距离测算出，也可根据步进电机脉冲个数驱动轮半径，计算出拐弯角度。

实施例2

在实施例1的基础上，参考图13，所述导航系统还包括驱动电池BT的充电系统，通过充电系统能够使得机器人在行走执行任务中自动充电，实现每天24小时不间断工作。

进一步地，参考图13，所述充电系统包括设置在需要补充电源的区间段的导航金属条1一侧的充电金属条3，充电金属条3位于导电柱C2底部并与开关电源电连接；

参考图13，所述开关电源的正极接导航金属条1，负极接充电金属条3；导电柱C2通过并联设置的二极管D2和电阻R2与驱动电池BT的负极电连接；导电柱C1通过并联设置的二极管D1和电阻R1与导航控制模块电连接，通过导航控制模块与充电金属条3相接，用于给驱动电池BT充电，二极管D2、二极管D1的作用是当导电柱C1、导电柱C2在拐弯，交叉处接触导航金属条时，防止驱动电池BT短路放电。

参考图13，所述充电金属条3和导航金属条1之间存在间距，所述间距的距离大于导电柱A2和导电柱C2之间的距离并小于导电柱S2和导电柱C2之间的距离。

导电柱C1、C2还有另外一个用途，具有自动充电功能如图13所示。由于导电柱C1、C2分别连10K电阻、二极管到电池负极。在需要补充电源的区间内，可以在导航金属条旁边铺设充电金属条，使得两条金属条之间的距离为C1至C2之间一半距离。优选导航金属条宽度为30-40mm,；A1至A2之间30-40mm；B1至B2之间30-40mm；充电金属条宽度10-15mm；C1至C2之间距离为90-110mm。当导电柱C1、C2接触到充电负极(即充电金属条)时，电流从导航金属条(正极)流过电池、经过二极管到充电金属条(负极)，此时导电柱C1、C2是低电平；无充电金属条时，导电柱C1、C2也是低电平。只有导电柱C1、C2遇到丁字、十字或直角时，导电柱C1、C2才能接触到导航金属条(正极)，有效的识别路线。

参考图13，AC220交流电经过开关电源，变成直流24V安全电压，正极接在导航工具条上，负极接在充电金属条上，需要充电的区域可安装充电金属条，达到机器人边工作边充电的效果，有些场合需要机器人每天24小时工作，这样可提高机器人的利用率。

实施例3

在实施例1的基础上，本发明还提供了一种机器人导航系统，包括实施例1所述的机器人导航系统；参考图11和图12，所述导航控制模块还电连接有编码器、铁电存储器和超声波测距传感器，所述编码器安装在机器人底盘的从动轮上用于向从动轮输出相应前进后退信号，结合从动轮直径记录机器人的行走距离；所述导航控制模块与机器人控制系统通信连接。需要说明的是，本实施例所述编码器优选型号为GKT5815-001G的3通道空心轴增量式编码器，铁电存储器优选型号为M95M02-A125的铁电存储器，所述超声波测距传感器优选型号为AJ-SR04K的超声波测距传感器。

一种机器人导航系统的导航方法，包括以下步骤：

1)对导航金属条进行区间分割

在导航金属条添加标记节点，将导航金属条分割成具有不同距离的区间，所述标记节点包括十字、丁字、直角和终止点中的一种或多种；

2)获取导航地图

将机器人放在导航金属条上，导航控制模块通过电机驱动系统驱动机器人在每个导航金属条区间上行走，通过编码器计算每个区间的距离；将区间的端点用坐标进行标记，通过机器人在导航金属条上行走记录所有标记节点，形成导航地图，存贮在铁电存储器中；导航控制模块通过CAN总线或RS-232与机器人控制系统通信进行导航地图的共享，机器人控制系统可向导航控制模块下载该导航地图，可修改后再上传在导航控制模块中；

3)起始原点的定位

将标记节点、终止点的坐标和直线区间的距离编号存储在导航控制模块中，机器人每次行走的当前位置存储在铁电存储器中，复位启动时通过调用铁电存储器中当前位置坐标进行起始原点的定位；

4)对机器人的进行状态进行控制

导航控制模块实时接受机器人控制系统返回的应答信息和控制命令对机器人的进行状态进行控制，所述应答信息包含当前机器人坐标(x,y)信息、运行方向(东南西北，也用0和1表示)、速度(0x00-0Xff)、加速度信息(0x00-0X80为加速，0x80-0XFF为减速)、前后超声波测距信息、电池状态信息等设备信息。所述控制命令包括设备逼障距离，启动、加速、匀速、减速、停止、转弯90度，转弯180度信息。

进一步地，按东南西北方向有路标记为1，无路的地方为0，形成4位二进制值，将区间的端点用采用二进制值坐标进行标记。

具体的，参考图12，当导航拐弯为直角时，按东南西北方向有路标记为1，无路的地方为0，形成4位二进制值，A点的坐标可写为点A(Ax,Ay,0011)，Ax为横向坐标，Ay为竖向坐标，0011表示东南方向无导航金属条，西北方向有导航金属条。

当任意两点横或竖向坐标相等，可当做一个直线区间。如图12所示，A点B点形成一个区间，Ax＝Bx,，区间长度＝By–Ay，当机器人在导航金属条上行走一遍，就记录所有这些特殊点，形成一个导航地图，存贮在铁电EEPROM存储器中。

除此之外，本实施例还可以在一个直型区间内添加一些停止坐标点，形成任务区间，便于机器人停止而执行一些任务，例如巡检机器人执行摄像、拍照任务。导航系统自动运行以任务区间为主，设计默认的启动，加速，匀速，减速停止过程。

本发明由于导航偏离路线的精度最大为导航金属条的宽度，导电住A1、A2距离导航金属条边沿的距离和电机驱动系统决定了控制精度，因此本发明导航系统定位精度高，可在毫米范围，价格低廉，安全度高。

实施例4

与实施例1不同的是，参考图14，本实施例的导航系统的导电柱2包括7个导电柱，所述导电柱2包括位于横向上且依次排列的用于导航控制模块左拐弯识别的导电柱C1、用于导航控制模块左偏离识别的导电柱A1、用于与驱动电池BT正极电连接的导电柱COM、用于导航控制模块右偏离识别的导电柱A2、用于导航控制模块右拐弯识别的导电柱C2，以及位于纵向上的导电柱B1和导电柱B2，导电柱B1用于导航控制模块前行识别，导电柱B2用于导航控制模块后退识别，导电柱B1和导电柱B2分别位于导电柱S1和导电柱S2的中轴线上；所述导电柱A1和导电柱A2均通过二极管与机器人电机驱动系统电连接，用于与导航金属条1接触时给机器人的电机驱动系统供电。

需要说明的是，只要COM-A1或COM-A2在导航金属条1上导通，机器人有电。COM为公共端，其和A1、A2,形成一个电源开关。当COM、A1、A2脱离金属条，导致A1、A2全不导通时，机器人驱动停电。本替代的优点是减少了1个导电住，缺点是电流经过D1、D2二极管会产生压降消耗了电能，降低了驱动电压。

以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种机器人导航系统，其特征在于：所述导航系统包括装载在机器人机身底部的导航开关，以及铺设在地面形成机器人行进轨迹的导航金属条(1)；

所述导航开关包括导航控制模块和能够在导航金属条(1)上滑动的识别开关；所述识别开关包括装配在绝缘体(4)内的多个导电柱(2)，其上端伸出绝缘体(4)并与接线端子(7)电连接，下端伸出绝缘体(4)并能够在导航金属条(1)上滑动；导电柱(2)在绝缘体(4)内呈十字排布并相互隔离，其中十字排布的横向长度大于其纵向长度，当十字排布的中心区域位于导航金属条(1)上时，十字排布横向最外侧的两个导电柱均脱离导航金属条(1)；十字排布横向最外侧中的一个导电柱(2)与驱动电池的负极电连接，中心位置的导电柱(2)分别与驱动电池的正极、机器人的电机驱动系统电连接，导电柱(2)通过与导航金属条(1)接触将机器人的电机驱动系统与驱动电池连通；所述导航控制模块与导电柱(2)电连接，还通过电机驱动系统与机器人的左轮、右轮电连接。

2.根据权利要求1所述的一种机器人导航系统，其特征在于：所述导航控制模块通过采集导电柱(2)上的电压值，根据电压值对导电柱(2)与导航金属条(1)的接触/不接触的状态进行识别；基于所有导电柱(2)的状态对机器人在导航金属条(1)上的状态进行识别；导航控制模块还根据所识别的机器人状态，通过电机驱动系统控制机器人的左轮、右轮对机器人的进行状态进行纠偏。

3.根据权利要求1所述的一种机器人导航系统，其特征在于：所述导航开关位于机器人左轮/右轮轴线的中心位置；所述导电柱(2)的上端伸出绝缘体(4)与抵在绝缘体(4)上的锁紧件(6)螺纹连接，通过锁紧件(6)调节导电柱(2)下端伸出绝缘体(4)的长度；所述导电柱(2)的下端设有椎台，其上套设有位于绝缘体(4)内的弹性件(5)。

4.根据权利要求1所述的一种机器人导航系统，其特征在于：所述导电柱(2)包括横向依次排列的对左拐弯识别的导电柱C1、对左偏离识别的导电柱A1、与电机驱动系统电连接的导电柱S1、与驱动电池正极电连接的导电柱S2、对右偏离识别的导电柱A2和对右拐弯识别的导电柱C2；

其中，导电柱C1、导电柱A1、导电柱A2和导电柱C2分别和导航控制模块电连接；

所述导电柱(2)还包括纵向上对前行识别的导电柱B1、以及对后退识别的导电柱B2；导电柱B1和导电柱B2分别和导航控制模块电连接；导电柱B1和导电柱B2分布于十字横向排布的两侧并均位于导电柱S1和导电柱S2的中轴线上；

所述导电柱A1、导电柱B1、导电柱B2、导电柱A2和导电柱C2均通过电阻与驱动电池负极电连接。

5.根据权利要求2或4所述的一种机器人导航系统，其特征在于：所述导航金属条(1)将在其上接触的导电柱(2)连接形成高电位，未与导航金属条(1)接触的导电柱为低电位。

6.根据权利要求4所述的一种机器人导航系统，其特征在于：所述导航系统还包括驱动电池BT的充电系统；所述充电系统包括设置在补充电源区间段的充电金属条(3)，所述充电金属条(3)设置导航金属条(1)一侧的并与其之间存在充电间距，所述充电间距大于导电柱A2和导电柱C2之间的距离并小于导电柱S2和导电柱C2之间的距离；

充电金属条(3)与开关电源电连接；所述开关电源的正极接导航金属条(1)，负极接充电金属条(3)；

当机器人进入补充电源区间段时，充电金属条(3)位于导电柱C2底部；导电柱C2通过并联设置的二极管D2和电阻R2与驱动电池BT的负极电连接；导电柱C1依次通过并联设置的二极管D1和电阻R1、以及导航控制模块分别与导电柱C2和驱动电池的负极电连接。

7.根据权利要求1所述的一种机器人导航系统，其特征在于：所述导航控制模块还电连接有编码器、铁电存储器和超声波测距传感器；所述编码器安装在机器人底盘的从动轮上，向从动轮输出前进后退信号，并记录机器人的行走距离；所述导航控制模块还与机器人控制系统通信连接。

8.一种如权利要求7所述的一种机器人导航系统的导航方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)对导航金属条进行区间分割

在导航金属条上添加将其分割成具有不同距离区间的标记节点，所述标记节点包括十字、丁字、直角和终止点中的一种或多种；

2)获取导航地图

导航控制模块通过电机驱动系统驱动机器人在导航金属条的每个区间上行走，通过机器人在导航金属条上行走记录所有标记节点，形成导航地图；导航控制模块通过与机器人控制系统通信进行导航地图的共享；

3)起始原点的定位

将标记节点、每个区间的终止点坐标和直线区间的距离编号存储在导航控制模块中，机器人每次行走的当前位置存储在铁电存储器中，复位启动时通过调用铁电存储器中当前位置坐标进行起始原点的定位；

4)对机器人的进行状态进行控制

导航控制模块实时接受机器人控制系统返回的应答信息和控制命令对机器人的行进状态进行控制。

9.根据权利要求8所述的一种机器人导航系统的导航方法，其特征在于：行走的过程中将每个区间的端点用坐标进行标记存贮在铁电存储器中，并通过编码器计算每个区间的距离。

10.根据权利要求8或9所述的一种机器人导航系统的导航方法，其特征在于：按东南西北方向有路标记为1，无路的地方为0，形成4位二进制值，将区间的端点采用二进制值坐标进行标记。