基于高德地图API的机器人导航系统设计

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2024年1月7日发(作者：)

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科学技术创新2019.13基于高德地图API的机器人导航系统设计魏志刚田润刘恒同

(中国民航大学电子信息与自动化学院，天津300300)摘要：随着交通智能化程度的不断加深，市场对于机器人导航系统的需求也越来越大。本文设计了一种新型机器人导航系

统。通过定位模块和语音模块获取出发地和目的地经纬度坐标，并将其通过HTTP请求的方式发送至高德地图服务器，调用高德

地图API路径规划功能。针对高德地图API返回的路径信息，提出了向量差循迹算法，使得机器人能够准确的到达预定的目的

地。关键词：GPS定位;高德地图API;路径规划;导航中图分类号:TP311.52,TP242

文献标识码：A

文章编号：2096-4390(2019

)13-0110-023.2路径规划功能路径规划功能的实现如图2所示。以python语言中的GET

机器人导航系统可以实现在复杂环境中高效、快速的朝向

请求方式，将获取的出发地、目的地经纬度坐标作为输入参数按

1概述目的地自主移动，从而完成特定任务"7。传统的机器人导航系

构造URL。再以HTTP请求的方式,调用高德地图步行查询及行

统中，多是将城市道路网信息提前以矢量地图的形式存储，然后

驶距离计算接口

API,获取JSON格式的路径数据。之后对获取

进行各种路径规划算法的调用。但随着路况信息变得日益复杂,

的路径数据进行解析,抓取数据中的路段轨迹点polyline,再将

提前存储的矢量地图与实时变化的复杂路况有很大的误差，导

全部轨迹点polyline集合即可规划整条路径。致基于矢量地图规划的路径和实际的路况不符,规划的路径可

用性不高。本文基于高德地图API®实现了机器人导航系统中的路径

规划功能。在此基础上，综合利用语音模块、定位模块,研究导

航循迹算法。保证机器人能够准确的沿路径到达目的地。2系统总体架构本系统由定位模块、语音交互模块、路径规划模块和循迹模

块四部分构成，体架构如图1所示。图2路径规划功能3.3循迹功能为实现准确循迹，本文采用了基于向量差的循迹算法。以

polyline集合中的每一个轨迹点为一个循迹周期。在各循迹周

期中，根据机器人当前移动方向和下一目标轨迹点，分别构造机

器人的前进方向向量和目标方向向臺。具体为：以机器人3秒

图1系统总体架构前的坐标(xl,yl)为起点，以当前坐标(x2,y2)为终点，构造前进向

系统工作过程中,用户通过语音交互模块输入目的地信息。

量N

;以当前坐标(x2,y2)为起点,以此循迹周期目标轨迹点的坐

此后，导航系统以定位模块获取的当前位置作为出发地，再通

标(x3,y3)为终点,构造目标向量&。计算两个向量的方向差

过路径规划模块中的GPRS网络调用高德地图API,获取并解

0，即可以此为依据不断修正机器人的前进方向。析高德地图API反馈的JSON格式路径。并在此基础上进行循

迹，引导用户到达目的地。4系统测试对系统性能进行测试，本文以中国民航大学南四教学楼为

起点，以南十九公寓为终点,调用高德地图API的GET请求如

3模块功能设计3.1定位功能及语音交互功能图3所示。本系统通过GPS模块BS-708实现定位功能，为路径规划

date["，3530983693?92L

39.

13

iestlnatIon

]=117.

35571241391882.沁

13"

及导航提供当前初始位置。语音交互功能通过语音识别模块

date[datet"

key

]

='2d6aff520dedl3134d8cle:

1

f63?28?3c

LD3320实现。为实现目的地的语音输入,在其中建立了地名语

音-经纬度坐标数据库，在正确识别到使用者的目的地语音指

令后，在数据库中进行地名-经纬度坐标匹配，并将匹配结果

作为目的地的经纬度坐标。response

=

requests,

get("restapi.

amap.

com/vS/dh-^ct

lon/walklng?',

params=date)图3高德地图API-GET请求将获取的轨迹点集合定位到地图中进行验证，结果如图4

所示。由结果可知，获取的路径与所需路径一致，(转下页)

2019.13科学技术创新

-111-基于比例微分控制器的机器人位置控制研究高国有1姜春生'陈韬2回春2伍丽娜2(1、中国汽车技术研究中心，湖北武汉430000

2、中汽研汽车检验中心(武汉)有限公司，湖北武汉430056)摘要：考察多关节机器人动力学方程的数学特性，采用李雅普诺夫函数方法对机器人位置控制问题进行研究，基于机器人

动力学模型构造能量函数并使用不变集定理分析比例微分控制器的稳定性，通过对理论分析结果进行仿真，研究单位阶跃信号

激励下控制系统的动态特性。关键词：李雅普诺夫函数;机器人动力学方程;PD控制器；机器人位置控制中图分类号:TP242.2

文献标识码：A

文章编号:2096-4390(2019)13-0111-02假设一个机械人由包含转动及平动关节的n个连杆串联组

非接触性作业主要应用于焊接、搬运、喷涂等领域，接触性作业

成，则该机械手的方程为：主要应用于打磨、抛光、去毛刺等类似的工作场合冋。许多国内

外学者针对机器人的位置控制问题进行了研究,按照是否考虑

多关节机器人作业任务可分为接触性和非接触性两大类,

H(q)Q

+

C(q,@)g+g(q)

=

t⑴机器人的动力学特性可分为两类:一类是不考虑机器人的动力

其中,q为代表关节位置的n维向量，丁为执行器输入力矩，

学特性，根据机器人实际轨迹与期望轨迹之间的跟踪误差进行

g为重力矩,c代表机械手运动所产生的科氏力和向心力，H为

反馈控制何;另一类根据机器人动力学模型构造非线性控制律,

机械人n

X

n阶正定惯性矩阵。忽略重力矩影响,则机械人方程

该方法克服了运动控制方法的缺点，然而，由于机器人是一个

表示为：,、

含有多变量以及参数强耦合的复杂非线性系统,因此基于模型

H(q)q

+

C(q,q)q

=

t

/ 、⑵的控制器计算量较大，难以进行实时控制网。论文所采用的方法

该系统的控制问题可总结为计算到达固定点所需要的执行

是在忽略离心力和外力扰动的情况下，根据多关节机器人动力

器输入量T，因此，考虑构造由P1)项组成的简单控制器.其表

学方程设计PD控制器并讨论控制系统稳定性和收敛性问题,

达式为：T

=

KDe

+

Kpe同时，通过仿真验证了控制系统的动态特性。⑶其中e为系统的跟踪误差，e=

qd-q。1控制系统建模及稳定性分析(转下页)可以很好的满足路径规划需求机化研究,2013,35(2):

181-184.[3]马汉.用《高德地图》公交导航绿色出行省时省力[J],计算机与

网络,2017,43(7):32-32.本文是“中国民航大学大学生创新创业训练计划”项目研究

成果，项目编号：2。作者简介：魏志刚(1997,7-),男，山西汾阳人，中国民航大

❻出发地学电子信息与自动化学院，电气工程及其自动化专业,2016级，

本科生。研究方向：机器人导航。❻❽图4地图中的轨迹点验证目於哋©5结论本文设计了一种基于高德地图API的机器人导航系统。该

系统可通过高德地图服务器基于实时路况给出的路径对机器

人进行引导，具有很高的实用性，未来可以应用于盲人引导、物

流运输、安全巡逻等多种领域。参考文献[1

]陶敏，陈新，孙振平.移动机器人定位技术[J].火力与指挥控制,

2010,35(7):169-172.[2]许国瑞，崔天时.李晓莉.农业机器人行走方向识别及仿真[J].农

本文标签： 机器人路径地图进行模块