[发明专利]一种基于红外声纳传感器的机器人自主运动控制方法

说明书

技术领域

本发明属于机器人自主运动领域，是一种基于红外声纳传感器的机器人自主运动方法。 

背景技术

移动机器人的研究开始于二十世纪六十年代，随着社会的发展和科技的进步，服务机器人技术得到了迅速的发展。服务机器人已经广泛的应用于医疗卫生、教育、安全监控等许多领域。应用服务机器人不但可以减少劳动力，而且可以使人们从繁杂枯燥的工作中解脱出来。 

目前，自主运动机器人主要控制方法基本是基于视觉的控制方法，其存在主要问题在于：首先，视觉方法的处理对象为图片或视频数据，维数过高，虽然精度高了，但是增加了模型训练时间和数据处理时间。其次，基于视觉的方法，其算法模型大多较为复杂，时间复杂度较高。 

由于室内环境具有自己的特点，环境简单，稳定性高，针对这种情况下，服务机器人自主运动控制，是不需要多高的精度，在满足需求的情况下，需要尽可能的降低成本，降低计算复杂度。 

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种基于红外声纳传感器的机器人自主运动方法。 

本发明中数据分类使用的K近邻方法，是实例学习方法中的一种，只是简单的把训练样例存储起来，从这些实例中泛化的工作被推迟到必须分类新实例的时候。每当学习器遇到一个新的查询实例，它分析这个新实例与以前存储的实例的关系，并据此把一个目标函数值赋给新实例。该方法逻辑简单，易于实现，降低了训练模型的复杂度。 

本发明采用的距离传感器为一个红外传感器，两个声纳传感器。在满足功能的情况下，成本较视觉传感器低，同样比其他的距离传感器成本低。数据维度为三维，计算量小，数据处理速度快，可以在低配置的机器人上实现。 

本发明的应用价值体现在以下几个方面：首先，可以用来实现教学工作，教师可以用本发明的方法作为一个教学例子进行讲解；其次，具有一定的商业价值，可以将此发明作为机器人产品的演示功能，为机器人本身增加吸引力；第三，可以实现室内的运送文件任务，只要人工操作一次后，之后机器人可以自动识别环境，达到目的地，可以节省人力。 

本发明包括遥控操作、自主运动两部分，首先进行遥控操作，遥控操作需要操作机器人从起始位置运动到目的位置，其间红外声纳传感器实时采集距离数据，控制机器人运动，根据采集到的数据和控制信息的类别（前进、停止、左转、右转）进行自动标记；之后进行自主运动，实现将机器人放到路径中任意一处，机器人自动移动到目的地点，自主运动过程主要是根据已标记的传感器数据样本，对实时采集的未标记的传感器数据进行分类，并用分类结果指导机器人的运动，从而实现自主运动。 

一种基于红外声纳传感器的机器人自主运动方法，其特征在于包括以下步骤： 

步骤一：启动程序，开启机器人搭载的声纳传感器和红外传感器，这两种传感器用来测量自身到前方障碍物的距离，红外传感器测量距离为10cm-80cm，声纳传感器测量距离为41cm-7m，开启机器人运动系统；设置机器人运动速度，传感器的采样频率； 

步骤二：开始遥控操作，遥控机器人从起始位置运动到目的位置，在遥控操作过程中通过键盘控制机器人运动，键盘动作的上、左、右、不操作分别对应机器人的运动控制信息前进、左转、右转、停止，根据频率读取传感器数据，构建包含n个训练样本的集合X，n=机器人运动时间/采样频率；每个X中的训练样本x_i（i=1,2,......,n），由p个红外传感器测量的距离和q个声纳传感器测量距离构成，表示为同时把与x_i相对应的运动控制信息标记为v_i，v_i的取值为“前进”、“停止”、“左转”或“右转”；机器人到达目的地后停止，人工遥控过程结束； 

步骤三：开始机器人自主运动过程，将机器人放入遥控过程中路径下的任意一点，设定速度、传感器采样频率，机器人根据设定的采样频率，把实时记录的p个红外传感器测量的距离和q个声纳传感器测量距离数据表示为