CN115609599A - 一种群体移动协同机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种群体移动协同机器人系统，包括若干机器人、若干用于机器人的定位场地和用于机器人的通讯系统，所述定位场地上设有磁导轨和有色节点。能够很好的集成了移动、自我位姿识别、环境光强度检测、场地颜色识别、场地霍尔感应、蓝牙通信、Zigbee通信、RGB灯光闪烁、蜂鸣等多种基础功能；此外，能够基于定位场地和三轴陀螺仪实现机器人个体八向精准移动、定位功能；同时，采用磁导轨和位置标记有色节点圆构建场地，该场地能被视作是为辅助机器人个体进行精准移动、精准自定位而独立设计的专用设备；实现了全局通信网络和局部通信，并通过全局通信网络和局部通信实现多个机器之间的通信和距离感应。

Description

一种群体移动协同机器人系统

技术领域

本发明涉及移动机器人技术领域，尤其涉及群体移动协同机器人系统。

背景技术

群体移动协同机器人系统通常由多台可移动的自主机器人个体及其辅助设备(如通信辅助设备等)所组成。

相比于单个的移动机器人系统，群体机器人系统中的机器人个体除了具备基本的移动能力外，通常还应该具有自主决策、自我状态识别、周边坏境检测、相互通信、可二次编程开发等基本功能，但是依然存在一些待解决的问题：

协同机器人系统的机器人个体难以以较低的经济成本实现精准的移动和自定位，因为根据程序向指定方向移动指定距离，并精准地识别自己的位置，是实现高级别、复杂的群体协同能力的基础，现存的群体机器人通常缺乏相关功能，或实现途径复杂，经济成本巨大。

此外，现有的系统中，机器人个体通常造价较大，例如E-puck 的单台机器人通常售价过万，系统场地往往也是定制的，而群体机器人的研究工作通常需要数量较大的群体，昂贵的单体机器人不利于相关研究的进行，缺少具有精确移动、自定位、多功能集成、且成本低廉的群体移动协同机器人系统。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的群体移动协同机器人系统。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种群体移动协同机器人系统，包括若干机器人、若干用于机器人的定位场地和用于机器人的通讯系统，所述定位场地上设有磁导轨和有色节点。

进一步地，所述通讯系统包括处理模块，用于为各个相连接的组件模块提供算力和设置控制程序；

通信连接模块，用于实现机器人与机器人、机器人与上位机之间的通讯；

协同控制模块，用于实现机器人的协同功能；

功能执行模块，用于连接控制协同控制模块，实现相应的协同控制指令或根据组件之间连接方式的不同切换对机器人的控制方式，其中：所述处理模块分别连接所述通信连接模块、所述协同控制模块和所述功能执行模块，所述通信连接模块通过所述协同控制模块与所述功能执行模块相连接。

进一步地，所述协同控制模块包括光照传感器、蜂鸣器、开关、RGB可编程灯光、主控芯片、电机驱动芯片、三轴陀螺仪、颜色识别传感器组和霍尔传感器。

进一步地，所述通信连接模块包括：全局通信模块，用于构建上位机到所有机器人个体的全局通信网络；

局部通信模块，用于实现各机器人个体之间相互通信。

进一步地，所述全局通信模块通过Zigbee模块实现全局通信；

所述局部通信模块通过蓝牙模块实现局部通信，用于至少2个机器人之间进行局部通信，所述处理模块通过蓝牙信号强度实现周边机器人距离的测量。

进一步地，所述功能执行模块，基于Zigbee通信模块的全局通信系统时，采用集中式控制方法对各机器人进行控制；

基于蓝牙模块的局部通信系统，采用分布式控制方法对各机器人进行控制。

进一步地，所述磁导轨为十字结构，所述机器人通过所述磁导轨实现前、后、左、右四个方向进行精准的移动；

所述机器人通过所述协同控制模块和所述磁导轨实现左前、左后、右前、右后四个方向的精准移动，其中：

机器人沿磁导轨进行前、后、左、右四个方向进行精准的移动，在此基础上，通过协同控制模块内的三轴陀螺仪进行指引，机器人进行左前、左后、右前、右后四个方向的精准移动。

进一步地，所述颜色传感器组包括颜色传感器和用于辅助颜色识别的辅助照明灯，所述颜色传感器组、通过所述磁导轨和所述有色节点用于所述机器人通过通讯系统定位当前所在位置。

相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

能够利用有限的成本很好的集成移动、自我位姿识别、环境光强度检测、场地颜色识别、场地霍尔感应(磁感应)、蓝牙通信、Zigbee通信、RGB灯光闪烁、蜂鸣等多种基础功能；

此外，能够基于模块化的定位场地和三轴陀螺仪实现机器人个体八向精准移动、定位功能；

同时，采用磁导轨和位置标记有色节点圆构建场地，该场地能被视作是为辅助机器人个体进行精准移动、精准自定位而独立设计的专用设备；

实现了全局通信网络和局部通信，并通过全局通信网络和局部通信实现多个机器之间的通信和距离感应。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1为本发明提出的群体移动协同机器人系统的通讯系统的流程示意图；

图2为本发明提出的群体移动协同机器人系统的通讯系统框架图；

图3为本发明提出的群体移动协同机器人系统的实施示意图；

图4为本发明实施例中机器人的结构示意图；

图5为本发明实施例中定位场地的结构示意图；

图6为本发明提出的用于群体移动协同的机器人的下控制板的结构示意图。

图中：101、上控制板；102、短支撑螺柱；103、上支撑板； 104、长支撑螺柱；105、轮胎；106、差速电机；107、电池；108、下支撑板；10801、颜色识别传感器组；109、被动转向轮；110、下控制板；11001、霍尔传感器；201、水平覆盖板；202、有色节点； 202、色节点；203、磁导轨；204、场地基座；3、通讯系统。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本申请的具体实施中：

所述机器人包括上支撑板103和下支撑板108，所述上支撑板 103位于所述下支撑板108的上方，所述上支撑板103的上方布设有上控制板101，所述下支撑板108的下方布设有转向轮109和下控制板110，所述上支撑板103和所述上控制板101之间设有短支撑螺柱102，所述下支撑板108和所述下控制板110之间设有长支撑螺柱104，所述下支撑板108的上方布设有相互配合的电池107 和差速电机106，所述上控制板101、所述下支撑板108和所述下控制板110均用于安装连接传感器和控制芯片，所述下控制板110的底端设有与其相连接的霍尔传感器，所述下支撑板108的底端设有颜色传感器组，从上述设计不难看出，独立的上支撑板103和下支撑板108，为上控制板101、下控制板110提供了良好的支撑和保护作用，同时双支撑板的设计方案，为机器人提供了较大的内部布置空间，通过安装不同功能的传感器、控制芯片、或灯光等能够为给机器人集成更多复杂的功能；

此外，下控制板110底端集成了前后两组霍尔传感器，在模块化导航定位场地上，基于霍尔传感器的应用，能够使机器人可识别并沿着磁导轨203进行精准的移动；

颜色传感器组布置于下支撑板108底部，可充分利用下控制板的遮挡作用，在多台设备协同使用时，能够避免辅助照明灯的光线影响其他机器人个体的工作，借助于此，可更好的辅助机器人使用颜色传感器组定位自己当前所在位置；

所述场地包括若干场地基座204，所述场地基座204的内部设有与其相配合的磁导轨203，所述场地基座204的顶端设有水平覆盖板201，所述场地基座204为正方形结构，从上述设计不难看出，场地基座204的正方形结构，使场地变成模块化的使用设计，能够根据使用需求，按需布置场地大小，通过在模块化导航定位场地中布置磁导轨203，能够以低成本的形式辅助机器人个体实现的移动；

此外，定位场地还便于存储，也便于根据实验、任务不同的需求，自适应调节场地大小。

实施例一

参照图1-5，群体移动协同机器人系统，包括若干机器人、若干用于机器人的定位场地和用于机器人的通讯系统3，所述定位场地上设有磁导轨和有色节点202；

所述通讯系统3包括处理模块，用于为各个相连接的组件模块提供算力和设置控制程序；

通信连接模块，用于实现机器人与机器人、机器人与上位机之间的通讯；

协同控制模块，用于实现机器人的协同功能，其中，协同控制模块的硬件设备集成在所述机器人内；

功能执行模块，用于连接控制协同控制模块，实现相应的协同控制指令或根据组件之间连接方式的不同切换对机器人的控制方式，其中：所述处理模块分别连接所述通信连接模块、所述协同控制模块和所述功能执行模块，所述通信连接模块通过所述协同控制模块与所述功能执行模块相连接。

在本实施例中，所述处理模块包括处理芯片、与各组件连接通信的电脑、智能手机或平板电脑。

实施例二

参照图1-5，在实施例一的基础上，所述协同控制模块提供结构基础，所述协同控制模块包括光照传感器、蜂鸣器、开关、RGB 可编程灯光、主控芯片、电机驱动芯片、三轴陀螺仪、颜色识别传感器组和霍尔传感器，所述协同控制模块的各控制芯片及传感器布置在上控制板101，下支撑板108和下控制板110上，其中，所述光照传感器、蜂鸣器、开关、RGB可编程灯光、主控芯片、电机驱动芯片和三轴陀螺仪均集成在上控制板101上，所述霍尔传感器和所述颜色识别传感组集成在下支撑板的底端，所述霍尔传感器的数量为两个且对称分布；

从上述设计不难看出，所述协同控制模块能够给机器人集成更多复杂的功能，如自我位姿识别、环境光强度检测、场地颜色识别、场地霍尔感应(磁感应)、蓝牙通信、Zigbee通信、RGB灯光闪烁、蜂鸣等。

同一发明的优选实施例，所述通信连接模块包括：全局通信模块，用于构建上位机到所有机器人个体的全局通信网络；

局部通信模块，用于实现各机器人个体之间相互通信；

所述全局通信模块通过Zigbee模块实现全局通信；

所述局部通信模块通过蓝牙模块实现局部通信，用于至少2个机器人之间进行局部通信，所述处理模块通过蓝牙信号强度实现周边机器人距离的测量；

所述功能执行模块，基于Zigbee通信模块的全局通信系统时，采用集中式控制方法对各机器人进行控制；

基于蓝牙模块的局部通信系统，采用分布式控制方法对各机器人进行控制。

所述磁导轨为十字结构，所述机器人通过所述磁导轨实现前、后、左、右四个方向进行精准的移动；

所述机器人通过所述协同控制模块和所述磁导轨实现左前、左后、右前、右后四个方向的精准移动，其中：

机器人沿磁导轨进行前、后、左、右四个方向进行精准的移动，在此基础上，通过协同控制模块内的三轴陀螺仪进行指引，机器人进行左前、左后、右前、右后四个方向的精准移动；

所述颜色传感器组包括颜色传感器和用于辅助颜色识别的辅助照明灯，所述颜色传感器组、通过所述磁导轨和所述有色节点202 用于所述机器人通过通讯系统3定位当前所在位置，从上述设计不难看出，将颜色传感器组布置于下支撑板底部，可充分利用下控制板的遮挡作用，避免辅助照明灯的光线影响其他机器人个体的工作，同时，通过在模块化导航定位场地上布置有磁导轨和预先按规律布置的有色圆节点202，机器人个体使用颜色传感器组可准确定位自己当前所在位置，此外，该传感器亦可用于模拟对未知环境的探索与识别。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种群体移动协同机器人系统，包括若干机器人、若干用于机器人的定位场地和用于机器人的通讯系统(3)，其特征在于，所述定位场地上设有磁导轨和有色节点(202)。

2.根据权利要求1所述的群体移动协同机器人系统，其特征在于，所述通讯系统(3)包括处理模块，用于为各个相连接的组件模块提供算力和设置控制程序；

通信连接模块，用于实现机器人与机器人、机器人与上位机之间的通讯；

协同控制模块，用于实现机器人的协同功能；

功能执行模块，用于连接控制协同控制模块，实现相应的协同控制指令或根据组件之间连接方式的不同切换对机器人的控制方式，其中：所述处理模块分别连接所述通信连接模块、所述协同控制模块和所述功能执行模块，所述通信连接模块通过所述协同控制模块与所述功能执行模块相连接。

3.根据权利要求2所述的群体移动协同机器人系统，其特征在于，所述协同控制模块包括光照传感器、蜂鸣器、开关、RGB可编程灯光、主控芯片、电机驱动芯片、三轴陀螺仪、颜色识别传感器组和霍尔传感器。

4.根据权利要求3所述的群体移动协同机器人系统，其特征在于，所述通信连接模块包括：全局通信模块，用于构建上位机到所有机器人个体的全局通信网络；

局部通信模块，用于实现各机器人个体之间相互通信。

5.根据权利要求4所述的群体移动协同机器人系统，其特征在于，所述全局通信模块通过Zigbee模块实现全局通信；

所述局部通信模块通过蓝牙模块实现局部通信，用于至少2个机器人之间进行局部通信，所述处理模块通过蓝牙信号强度实现周边机器人距离的测量。

6.根据权利要求5所述的群体移动协同机器人系统，其特征在于，所述功能执行模块，基于Zigbee通信模块的全局通信系统时，采用集中式控制方法对各机器人进行控制；

基于蓝牙模块的局部通信系统，采用分布式控制方法对各机器人进行控制。

7.根据权利要求6所述的群体移动协同机器人系统，其特征在于，所述磁导轨为十字结构，所述机器人通过所述磁导轨实现前、后、左、右四个方向进行精准的移动；

所述机器人通过所述协同控制模块和所述磁导轨实现左前、左后、右前、右后四个方向的精准移动。

8.根据权利要求7所述的群体移动协同机器人系统，其特征在于，所述颜色传感器组包括颜色传感器和用于辅助颜色识别的辅助照明灯，所述颜色传感器组、通过所述磁导轨和所述有色节点(202)用于所述机器人通过通讯系统(3)定位当前所在位置。

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