本发明涉及导航定位，具体为一种基于多传感器数据移动机器人导航定位系统。
背景技术：
1、随着人工智能的发展，在社会生活中相继涌现出各行各业的机器人参与生产工作，机器人的研究也变得越发热门，到了现代机器人的发展已经较为成熟，在每个行业中都存在机器人的影子，例如：汽车、工业生产、医疗、建筑等，机器人也逐渐代替了人工的劳动，机器人的工作相比人工更加精准、快速；但伴随的是机器人的一些缺陷，机器人只会根据程序进行运动，工作时不够灵活多变，其中对于机器人在工作中的运动路线至关重要，在现有技术中，对于机器人的导航定位在采用数据时较为单一，对于机器人的运动控制较为简单，不够精准，当出现较为复杂的环境情况时无法有效的到达目的地，并且当在发现障碍物无法作出精准的预判，本发明设计的一种基于多传感器数据移动机器人导航定位系统通过对采集多源数据对机器人进行定位、导航、路线规划和避障。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种基于多传感器数据移动机器人导航定位系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
3、一种基于多传感器数据移动机器人导航定位系统，移动机器人导航定位系统包括多源数据采集模块、多源数据处理模块、环境分析模块、机器人运动检测模块、机器人定位模块、机器人路线规划模块、机器人智能导航模块、中央处理器和网络通信模块；
4、所述多源数据采集模块用于使用各种传感器采集用于机器人导航的数据信息，将采集到的数据传输给多源数据处理模块；
5、所述多源数据处理模块用于对所采集的多源数据进行处理，将多源数据根据时间、位置、方向进行校对，之后将处理过的多源数据分别传输给对应的模块进行计算使用；
6、所述环境分析模块用于根据多源数据采集模块采集到的环境相关数据实现机器人所处环境的状态分析,得到实时的环境状态；
7、所述机器人运动检测模块用于根据多源数据采集模块采集的机器人运动数据，计算得到机器人实时的运动状态；
8、所述机器人定位模块用于对机器人的实时位置进行确定，得到机器人的初始位置；
9、所述机器人路线规划模块用于在计算得到机器人所处的环境数据和机器人自身的运动状态后，根据环境数据和运动状态制定机器人的行驶路线；
10、所述机器人智能导航模块用于在机器人根据制定的行驶路线运动时，根据实时的环境数据进行智能导航，对运动路线进行实时调整；
11、所述网络通信模块用于在机器人运动时，利用网络通信的方式，对机器人进行远程遥控，并将机器人的行驶数据通过通信模块传输给中央计算机进行存储；
12、所述中央处理器用于对所有的机器人进行统筹规划，利用网络通信模块与机器人进行连接，对机器人的运动数据进行记录。
13、中央处理器实现对机器人的综合控制，对所有的机器人进行准确的定位，对机器人的实时状态进行监控，确保机器人可以完成工作到达目的地，并且利用网络通信模块对机器人的运动数据进行收集记录。
14、多源数据采集模块所采集的多源数据包括：利用激光雷达测量环境地图和障碍物数据，利用视觉传感器对环境图像进行捕捉，利用地磁传感器实时检测机器人方位，利用超声波传感器感知机器人与物体间的距离，利用气象传感器测量天气状态，将收集到的各类数据传输给多源数据处理模块。
15、多源数据处理模块用于对采集的多源数据进行处理，对于激光雷达测量的环境地图和障碍物数据进行模型建立，以机器人为原点建立空间坐标系，将激光雷达采集的环境数据在空间坐标系中进行校准，利用3d建模技术构建出机器人所处环境的模拟空间；
16、在对环境中的障碍物进行监测时，利用视觉传感器采集存在障碍物的环境图像，并且进行特征提取处理，得到障碍物的特征集，对每一个图像中的障碍物目标进行检测，根据特征集对障碍物进行追踪，实时对障碍物的实时监测；
17、利用超声传感器感知机器人与物体之间的距离，设超声波的传播速度为s，超声传感器接收到返回声波的时间为t，公式为：
18、
19、公式中l为机器人与物体测量物体之间的距离。
20、利用超声传感器可以对机器人与物体的距离进行测量，确保在机器人运动过程中不会发生碰撞。
21、环境分析模块用于对机器人所处的环境进行分析，在利用激光雷达测量环境数据并建立机器人所在环境的模拟空间后，在建立的模拟空间内，用空间坐标系作为参考，利用地磁传感器测量的地磁变化，得到具体的环境方位，设x轴为南北轴，y轴为垂直于水平面的竖轴，z轴为东西轴，在模拟空间内将y轴为零的区域，定为机器人的行驶区域，设存在的行驶区域{w1、w2、w3...wq}，w1、w2、w3...wq为第1、2、3...q个y轴为零的行驶区域，q为正整数；
22、在建立的空间坐标系内，当y轴为零时，说明环境中物体与地面齐平，机器人可以在此行驶，当y轴部位零时，说明环境中物体高于地面，会阻挡机器人运动。
23、当机器人在行驶区域内运动时，通过激光雷达检测得到存在y不为零的物体位于行驶区域内，则将物体定为障碍物，利用视觉传感器度障碍物进行特征提取，并进行追踪。
24、机器人运动检测模块用于检测机器人的运动状态，包括机器人的运动速度、运动方向、加速度进行计算检测，运动方向利用建立的模拟空间进行确认，通过气象传感器检测风速和风向，在对机器人的运动状态进行计算时，当机器人在风力环境下运动时，设机器人驱动自身运动的力为f_s，机器人质量为m，机器人运动方向为正方向，公式为：
25、f_w＝ρ*(v_w)2*e
26、
27、v_c＝vi+at
28、公式中，f_w为气象传感器检测风速对于机器人造成的分力，ρ为空气密度，v_w为风速，e为机器人与风的接触面积，a为机器人的运动加速度，m为机器人的质量，f_s为机器人驱动自身运动的力；v_c为机器人的运动速度，vi为机器人在时间t前的运动速度，t为对机器人运动状态检测的时间周期；当a为负，且f_w大于f_s时，判断风力大于机器人驱动力，机器人停止运动。
29、当a为负说明风向与机器人的运动方向相反，风力会阻挡机器人的运动，当f_w大于f_s时，风力大于机器人的驱动力时，机器人将不受控制，可能会发生事故，因此停止机器人运动。
30、机器人定位模块用于对机器人的位置进行确定，利用激光雷达对机器人的位置进行实时检测，以中央处理器为原点建立环境的平面地图坐标系，正北方向为y轴的正方向，正东方向为x轴的正方向，在模拟空间内将机器人与中央处理器进行连线，利用激光雷达测量机器人与中央处理器之间的距离为r，机器人与中央处理器的连线与x轴构成的夹角为θ，计算得到机器人在平面坐标系中的坐标，公式为：
31、e＝r*cosθ
32、b＝r*sinθ
33、公式中e为机器人在平面坐标系中的横坐标，b为机器人在平面坐标系中的纵坐标，得到机器人在平面坐标系中的位置为(e，b)。
34、机器人路线规划模块用于在计算得到机器人的运动状态和位置后，根据目的地坐标规划机器人到达目的地的最优路线，设机器人与目的地存在g条路线，g条路线的路程为{q1、q2、q3...qg}，q1、q2、q3...qg为机器人与目的地之间第1、2、3...g条路线的路程，g为正整数；计算机器人行驶在每条路线中到达目的地的时间，公式为：
35、
36、
37、公式中v_d机器人到达目的地的速度，v_c为计算得到的机器人的初始速度，a为机器人运动的加速度，q为每条路线的路程，t为机器人行驶在每条路线中到达目的地的时间；最终得到每条路线中机器人到达目的地所需的时间为{t1、t2、t3...tg}，t1、t2、t3...tg为机器人与目的地之间第1、2、3...g条路线机器人到达目的地的时间，g为正整数；对所有时间进行排序，根据从小到大的顺序，选择时间最小的路线作为机器人到达目的地的最优路线。
38、机器人智能导航模块用于在机器人按照规划的路线运动时进行实时导航，当机器人在路线中运动时，遇到障碍物后进行智能躲避，若障碍物为静态障碍物，利用激光雷达测量障碍物的宽度为k1，机器人运动的行驶区域宽度为k2，机器人自身宽度为k3，判断当k2>k1且k2-k1>k3时，机器人自动躲避障碍物并且通过行驶区域，若不满足条件，机器人返回，重新规划行驶路线；
39、若障碍物为动态障碍物时，利用视觉传感器对动态障碍物进行特征提取和追踪，对动态障碍物的运动轨迹进行预估，利用视觉传感器对动态障碍物进行周期拍摄，得到动态障碍物在一个周期内的移动距离为l_t，计算动态障碍物的运动速度，公式为：
40、
41、公式中v_z为动态障碍物的运动速度，t_z为视觉传感器的拍摄周期，进行多次计算求平均值，得到动态障碍物的平均速度；
42、根据视觉传感器追踪拍摄的图像，进行连接得到动态障碍物的运动方向，将动态障碍物与机器人的运动方向进行无线延伸，当不存在交点时，机器人继续行驶，当存在交点时，判断机器人是否会和动态障碍物发生碰撞，公式为：
43、
44、
45、
46、公式中v_p为机器人到达交点的速度，v_m为机器人发现障碍物时的速度，t_j为机器人到达交点的时间，j为机器人到交点的距离，t_z为动态障碍物到达交点的时间，z为动态障碍物据交点的距离；
47、判断当t_j＝t_z时，机器人和动态障碍物会在交点发生碰撞，机器人需停车等待；当t_j≠t_z时，判断机器人和动态障碍物不会发生碰撞，继续行驶。
48、网络通信模块用于将机器人的运动数据传输给中央处理器，中央处理器将机器人的运动数据进行记录，并且通过网络通信实现对机器人的远程控制，对机器人的实时运动状态进行监控，将机器人的各类数据传输给中央处理器。
49、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
50、1、本发明利用各种传感器对环境中的多源数据进行采集，利用多源数据进行综合分析，对机器人的实时的运动状态和位置进行确定，并且根据实时的环境数据对机器人的运动状态进行修改。
51、2、本发明在对机器人的运动状态进行分析时，考虑到风力对于机器人运动的影响，当风力过大时，机器人停止运动，保证机器人安全。
52、3、本发明建立坐标系的方式可以精准的对机器人实现定位，并且利用中央处理器和网络通信模块对机器人实现远程控制和记录，当机器人运动碰到障碍物时，对障碍物进行分别分析，实现自主障碍规避。
1.一种基于多传感器数据移动机器人导航定位系统，其特征在于：移动机器人导航定位系统包括多源数据采集模块、多源数据处理模块、环境分析模块、机器人运动检测模块、机器人定位模块、机器人路线规划模块、机器人智能导航模块、网络通信模块和中央处理器；
2.根据权利要求1所述的一种基于多传感器数据移动机器人导航定位系统，其特征在于：所述多源数据采集模块所采集的多源数据包括：利用激光雷达测量环境地图和障碍物数据，利用视觉传感器对环境图像进行捕捉，利用地磁传感器实时检测机器人方位，利用超声波传感器感知机器人与物体间的距离，利用气象传感器测量天气状态，将收集到的各类数据传输给多源数据处理模块。
3.根据权利要求1所述的一种基于多传感器数据移动机器人导航定位系统，其特征在于：所述多源数据处理模块用于对采集的多源数据进行处理，对于激光雷达测量的环境地图和障碍物数据进行模型建立，以机器人为原点建立空间坐标系，将激光雷达采集的环境数据在空间坐标系中进行校准，利用3d建模技术构建出机器人所处环境的模拟空间；
4.根据权利要求1所述的一种基于多传感器数据移动机器人导航定位系统，其特征在于：所述环境分析模块用于对机器人所处的环境进行分析，在利用激光雷达测量环境数据并建立机器人所在环境的模拟空间后，在建立的模拟空间内，用空间坐标系作为参考，利用地磁传感器测量的地磁变化，得到具体的环境方位，设x轴为南北轴，y轴为垂直于水平面的竖轴，z轴为东西轴，在模拟空间内将y轴为零的区域，定为机器人的行驶区域，设存在的行驶区域为{w1、w2、w3...wq}，w1、w2、w3...wq为第1、2、3...q个y轴为零的行驶区域，q为正整数；
5.根据权利要求1所述的一种基于多传感器数据移动机器人导航定位系统，其特征在于：所述机器人运动检测模块用于检测机器人的运动状态，包括机器人的运动速度、运动方向、加速度进行计算检测，运动方向利用建立的模拟空间进行确认，通过气象传感器检测风速和风向，在对机器人的运动状态进行计算时，当机器人在风力环境下运动时，设机器人驱动自身运动的力为f_s，机器人质量为m，机器人运动方向为正方向，公式为：
6.根据权利要求1所述的一种基于多传感器数据移动机器人导航定位系统，其特征在于：所述机器人定位模块用于对机器人的位置进行确定，利用激光雷达对机器人的位置进行实时检测，以中央处理器为原点建立环境的平面地图坐标系，正北方向为y轴的正方向，正东方向为x轴的正方向，在模拟空间内将机器人与中央处理器进行连线，利用激光雷达测量机器人与中央处理器之间的距离为r，机器人与中央处理器的连线与x轴构成的夹角为θ，计算得到机器人在平面坐标系中的坐标，公式为：
7.根据权利要求1所述的一种基于多传感器数据移动机器人导航定位系统，其特征在于：所述机器人路线规划模块用于在计算得到机器人的运动状态和位置后，根据目的地坐标规划机器人到达目的地的最优路线，设机器人与目的地存在g条路线，g条路线的路程为{q1、q2、q3...qg}，q1、q2、q3...qg为机器人与目的地之间第1、2、3...g条路线的路程，g为正整数；计算机器人行驶在每条路线中到达目的地的时间，公式为：
8.根据权利要求1所述的一种基于多传感器数据移动机器人导航定位系统，其特征在于：所述机器人智能导航模块用于在机器人按照规划的路线运动时进行实时导航，当机器人在路线中运动时，遇到障碍物后进行智能躲避，若障碍物为静态障碍物，利用激光雷达测量障碍物的宽度为k1，机器人运动的行驶区域宽度为k2，机器人自身宽度为k3，判断当k2>k1且k2-k1>k3时，机器人自动躲避障碍物并且通过行驶区域，若不满足条件，机器人返回，重新规划行驶路线；
9.根据权利要求1所述的一种基于多传感器数据移动机器人导航定位系统，其特征在于：所述网络通信模块用于将机器人的运动数据传输给中央处理器，中央处理器将机器人的运动数据进行记录，并且通过网络通信实现对机器人的远程控制，对机器人的实时运动状态进行监控，将机器人的各类数据传输给中央处理器。
