一種移動(dòng)機(jī)器人的定位系統(tǒng)技術(shù)方案

一種移動(dòng)機(jī)器人的定位系統(tǒng)，包括若干已知反光件(M)、轉(zhuǎn)臺(tái)(T)、激光器(J)、角度編碼器(B)及中央處理單元；相鄰反光件之間的連線包圍形成機(jī)器人的工作區(qū)域；所述激光器具有發(fā)射部(J1)與接收部(J2)；中央處理單元包括對(duì)所述工作區(qū)域進(jìn)行柵格化的圖形處理程序，中央處理單元計(jì)算出每一交叉點(diǎn)連接各個(gè)反光件所形成的各條連接線(L3)之間的多個(gè)第二角度，該多個(gè)第二角度組成與每一交叉點(diǎn)對(duì)應(yīng)的第二角度組；所述接收部可同時(shí)接收到從多個(gè)反光件反射回來的激光反射線(L1)，中央處理單元通過運(yùn)算處理獲得各條激光反射線之間的一個(gè)第三角度組，然后將所述第三角度組與所述第二角度組進(jìn)行對(duì)比以獲得機(jī)器人在所述坐標(biāo)系內(nèi)的位置。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于一種機(jī)器人的定位
,尤其涉及一種移動(dòng)機(jī)器人的定位系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
在移動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用中，導(dǎo)航是指移動(dòng)機(jī)器人通過傳感器感知環(huán)境和自身狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)在有障礙物的環(huán)境中面向目標(biāo)自主運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)航的成功需要有四個(gè)模塊:感知，定位，認(rèn)知，運(yùn)動(dòng)控制。其中，定位是移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航最基本的環(huán)節(jié)，所謂定位就是確定機(jī)器人在環(huán)境中的實(shí)時(shí)位姿。當(dāng)前應(yīng)用較多的定位技術(shù)有:視覺導(dǎo)航定位、全球定位系統(tǒng)(GPS,GlobalPositioning System)、差分GPS定位、超聲波定位等。其中,視覺導(dǎo)航定位方式的圖像處理計(jì)算量大，計(jì)算速度要求高，因而實(shí)時(shí)性差，此外，該種定位方式受外界環(huán)境的影響較大，因此不太適用于戶外移動(dòng)機(jī)器人的定位系統(tǒng)。全球定位系統(tǒng)是由美國國防部控制的，對(duì)非美國國防部授權(quán)的用戶，其所能獲得的定位導(dǎo)航精度較低，因此不適于定位精度較高的場合。差分GPS定位，是指用戶GPS接收機(jī)附近設(shè)置一個(gè)已知精度坐標(biāo)的差分基準(zhǔn)站，基準(zhǔn)站的接收機(jī)連續(xù)接收GPS導(dǎo)航信號(hào)，將測得的位置或距離數(shù)據(jù)與已知的位置、距離數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，確定誤差，得出準(zhǔn)確改正值，然后將這些改正數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)鏈發(fā)播給覆蓋區(qū)域內(nèi)的用戶，用以改正用戶的定位結(jié)果，這種定位方法雖然定位精度高，但成本也很高。對(duì)于超聲波定位方式，由于超聲波在空氣中衰減很大，因此只適用空間范圍較小的場合。針對(duì)上述各種定位技術(shù)存在的缺陷，有必要提出一種改進(jìn)的移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)以解決上述問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種移動(dòng)機(jī)器人通過角度對(duì)比來實(shí)現(xiàn)定位的定位系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案:一種移動(dòng)機(jī)器人的定位系統(tǒng)，該定位系統(tǒng)設(shè)于一坐標(biāo)系內(nèi)，且該定位系統(tǒng)包括若干已知坐標(biāo)值的反光件、安裝于機(jī)器人上可360°旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)臺(tái)、激光器、角度編碼器及中央處理單元，所述激光器與角度編碼器安裝于所述轉(zhuǎn)臺(tái)上；相鄰反光件之間的連線包圍形成機(jī)器人的工作區(qū)域；所述激光器具有發(fā)射部與接收部，該發(fā)射部發(fā)出激光發(fā)射線至所述反光件后經(jīng)反射形成的激光反射線被所述接收部接收，且所述反光件具備使該激光反射線平行于激光發(fā)射線的光線直反功能；所述角度編碼器用于測得機(jī)器人的機(jī)頭朝向線與所述激光反射線之間的第一角度；所述中央處理單元包括圖形處理程序，該圖形處理程序?qū)λ龉ぷ鲄^(qū)域進(jìn)行柵格化并得出各交叉點(diǎn)的坐標(biāo)值，中央處理單元計(jì)算出每一交叉點(diǎn)連接各個(gè)反光件所形成的各條連接線之間的多個(gè)第二角度，該多個(gè)第二角度組成與每一交叉點(diǎn)對(duì)應(yīng)的第二角度組，然后將每一第二角度組存儲(chǔ)起來；機(jī)器人在所述工作區(qū)域內(nèi)移動(dòng)時(shí)，所述接收部可同時(shí)接收到從多個(gè)反光件反射回來的激光反射線，所述角度編碼器可對(duì)應(yīng)測得多個(gè)所述第一角度，中央處理單元對(duì)所述多個(gè)第一角度進(jìn)行運(yùn)算處理以獲得各條激光反射線之間的一個(gè)第三角度組，然后將所述第三角度與所述第二角度進(jìn)行對(duì)比以獲得機(jī)器人在所述坐標(biāo)系內(nèi)的位置。優(yōu)選的，當(dāng)所述第三角度組與存儲(chǔ)的一個(gè)第二角度組中有至少兩個(gè)連續(xù)相等的角度值時(shí)，機(jī)器人的坐標(biāo)值即為該第二角度組對(duì)應(yīng)的交叉點(diǎn)的坐標(biāo)值。優(yōu)選的，當(dāng)所述第三角度組與存儲(chǔ)的任意一個(gè)第二角度組中僅有一個(gè)相等的角度值或沒有相等的角度值時(shí)，中央處理單元將尋找到與該第三角度組的各角度值最接近的另一個(gè)第二角度組，機(jī)器人在所述坐標(biāo)系內(nèi)的位置最接近該另一個(gè)第二角度組所對(duì)應(yīng)的交叉點(diǎn)。優(yōu)選的，所述第二角度為所述各條連接線中相鄰兩條連接線之間的角度，所述第三角度為所述各激光反射線中相鄰兩條激光反射線之間的角度。優(yōu)選的，所述第二角度為其中一條連接線與其他各條連接線之間的角度，所述第三角度為其中一條激光反射線與其他各條激光反射線之間的角度。優(yōu)選的，所述移動(dòng)機(jī)器人為割草機(jī)器人。優(yōu)選的，所述定位系統(tǒng)還包括設(shè)于機(jī)器人上的電子羅盤。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)定位方法通過角度對(duì)比來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人定位，無需過于復(fù)雜的計(jì)算程序，因此不但可實(shí)現(xiàn)快速定位，而且成本低廉。附圖說明圖1是本專利技術(shù)定位系統(tǒng)中移動(dòng)機(jī)器人的部分結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本專利技術(shù)定位系統(tǒng)中移動(dòng)機(jī)器人的機(jī)頭朝向線與激光反射線的示意圖，其中顯示了第一角度與第二角度。圖3是本專利技術(shù)定位系統(tǒng)中工作區(qū)域被柵格化后的示意圖，其中顯示一交叉點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的所有第三角度。圖4是本專利技術(shù)定位系統(tǒng)中接收部接收多條激光反射線時(shí)的示意圖，其中顯示多個(gè)第一角度。圖5是本專利技術(shù)定位系統(tǒng)中接收部接收多條激光反射線時(shí)的示意圖，其中對(duì)圖4中的多個(gè)第一角度進(jìn)行運(yùn)算所得出相鄰兩條激光反射線之間的多個(gè)第二角度。圖6是本專利技術(shù)定位系統(tǒng)中工作區(qū)域被柵格化后的示意圖，其中顯示移動(dòng)機(jī)器人位于任意一位置時(shí)所測得的所有第二角度。圖7是本專利技術(shù)定位系統(tǒng)中移動(dòng)機(jī)器人位于任一位置時(shí)測得兩個(gè)連續(xù)的第三角度時(shí)的示意圖。圖8是本專利技術(shù)定位系統(tǒng)中工作區(qū)域被柵格化后的示意圖，其中移動(dòng)機(jī)器人沿指定直線移動(dòng)。具體實(shí)施方式參圖1與圖2所示，本專利技術(shù)提供了一種移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)，該定位系統(tǒng)位于一平面坐標(biāo)系內(nèi)，且包括若干已知坐標(biāo)值的反光件M、安裝于該轉(zhuǎn)臺(tái)T上的激光器J和角度編碼器B以及中央處理單元(未圖示)。在本實(shí)施方式中，所述移動(dòng)機(jī)器人R為一割草機(jī)器人，該割草機(jī)器人在草坪上工作，因此整個(gè)草坪為所述坐標(biāo)系所在平面。此外，本實(shí)施方式中共設(shè)置10個(gè)反光件，分別為M1、M2......M10，這些反光件為插設(shè)于草坪上的具有光線直反功能的桿狀路標(biāo)。參圖1與圖2所示，所述轉(zhuǎn)臺(tái)T可相對(duì)機(jī)器人R機(jī)身進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，該轉(zhuǎn)臺(tái)T上安裝有激光器J，該激光器J具有發(fā)射部Jl與接收部J2。所述發(fā)射部Jl向外發(fā)出激光發(fā)射線，由于轉(zhuǎn)臺(tái)T作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此所述激光器J也隨轉(zhuǎn)臺(tái)T 一起進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)，當(dāng)該激光發(fā)射線照射至所述反光件M上后會(huì)被該反光件反射而形成激光反射線LI。由于所述反光件M具備光線直反功能，此處所謂的光線直反是指反射光與入射光是平行的且兩者之間間隔甚小而可被忽略，因此所述激光反射線LI將大致沿所述激光發(fā)射線原路返回至機(jī)器人R，返回的激光反射線LI將被所述接收部J2接收。參圖1至圖3所示，所述轉(zhuǎn)臺(tái)T上還設(shè)有角度編碼器B，該角度編碼器B是用來測得機(jī)器人R的機(jī)頭朝向線L2與所述激光反射線LI之間的第一角度α，該第一角度α的大小是指機(jī)器人R的機(jī)頭朝向線L2沿指定方向旋轉(zhuǎn)至所述接收部J2接收到所述激光反射線LI所轉(zhuǎn)過的角度，在本實(shí)施方式中規(guī)定該指定方向?yàn)轫槙r(shí)針方向。此外，由于轉(zhuǎn)臺(tái)T的轉(zhuǎn)速很快，因此在同一時(shí)刻，發(fā)射部Jl可同時(shí)照射到多個(gè)連續(xù)的反光件，接收部J2則可收到多條激光反射線LI，從而角度編碼器B可同時(shí)測得多個(gè)第一角度α，中央處理單元可對(duì)多個(gè)第一角度α進(jìn)行運(yùn)算處理并獲得相鄰兩條激光放射線LI之間的第三角度β。參圖1至圖3所示，所述中央處理單元的圖形處理程序?qū)Ω鱾€(gè)反光件M的連線包圍所形成的工作區(qū)域進(jìn)行柵格化并得出各交叉點(diǎn)的坐標(biāo)值，而且中央處理單元將計(jì)算出每一交叉點(diǎn)連接各個(gè)反光件M所形成的各條連接線L3之間的多個(gè)第二角度Θ，多個(gè)第二角度Θ組成與每一交叉點(diǎn)對(duì)應(yīng)的第二角度組，然后將每一第二角度組存儲(chǔ)起來。機(jī)器人R在所述工作區(qū)域內(nèi)移動(dòng)時(shí)，所述接收部J2可同時(shí)接收到從多個(gè)反光件M反射回來的多條激光反射線LI，所述角度編碼器B對(duì)應(yīng)測得多個(gè)所述第一角度α，中央處理單元對(duì)這些第一角度α進(jìn)行運(yùn)算處理以獲得各條激光反射線LI之間的一個(gè)第三角度組，然后將所述第三角度組與所述第二角度組進(jìn)行對(duì)比以獲得機(jī)器本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種移動(dòng)機(jī)器人的定位系統(tǒng)，該定位系統(tǒng)設(shè)于一坐標(biāo)系內(nèi)，且該定位系統(tǒng)包括若干已知坐標(biāo)值的反光件、安裝于機(jī)器人上可360°旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)臺(tái)、激光器、角度編碼器及中央處理單元，所述激光器與角度編碼器安裝于所述轉(zhuǎn)臺(tái)上；相鄰反光件之間的連線包圍形成機(jī)器人的工作區(qū)域；所述激光器具有發(fā)射部與接收部，該發(fā)射部發(fā)出激光發(fā)射線至所述反光件后經(jīng)反射形成的激光反射線被所述接收部接收，且所述反光件具備使該激光反射線平行于激光發(fā)射線的光線直反功能；所述角度編碼器用于測得機(jī)器人的機(jī)頭朝向線與所述激光反射線之間的第一角度；所述中央處理單元包括圖形處理程序，該圖形處理程序?qū)λ龉ぷ鲄^(qū)域進(jìn)行柵格化并得出各交叉點(diǎn)的坐標(biāo)值，其特征在于：中央處理單元計(jì)算出每一交叉點(diǎn)連接各個(gè)反光件所形成的各條連接線之間的多個(gè)第二角度，該多個(gè)第二角度組成與每一交叉點(diǎn)對(duì)應(yīng)的第二角度組，然后將每一第二角度組存儲(chǔ)起來；機(jī)器人在所述工作區(qū)域內(nèi)移動(dòng)時(shí)，所述接收部可同時(shí)接收到從多個(gè)反光件反射回來的激光反射線，所述角度編碼器可對(duì)應(yīng)測得多個(gè)所述第一角度，中央處理單元對(duì)所述多個(gè)第一角度進(jìn)行運(yùn)算處理以獲得各條激光反射線之間的一個(gè)第三角度組，然后將所述第三角度組與所述第二角度組進(jìn)行對(duì)比以獲得機(jī)器人在所述坐標(biāo)系內(nèi)的位置。...

【技術(shù)特征摘要】
1.種移動(dòng)機(jī)器人的定位系統(tǒng)，該定位系統(tǒng)設(shè)于一坐標(biāo)系內(nèi)，且該定位系統(tǒng)包括若干已知坐標(biāo)值的反光件、安裝于機(jī)器人上可360°旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)臺(tái)、激光器、角度編碼器及中央處理單元，所述激光器與角度編碼器安裝于所述轉(zhuǎn)臺(tái)上；相鄰反光件之間的連線包圍形成機(jī)器人的工作區(qū)域；所述激光器具有發(fā)射部與接收部，該發(fā)射部發(fā)出激光發(fā)射線至所述反光件后經(jīng)反射形成的激光反射線被所述接收部接收，且所述反光件具備使該激光反射線平行于激光發(fā)射線的光線直反功能；所述角度編碼器用于測得機(jī)器人的機(jī)頭朝向線與所述激光反射線之間的第一角度；所述中央處理單元包括圖形處理程序，該圖形處理程序?qū)λ龉ぷ鲄^(qū)域進(jìn)行柵格化并得出各交叉點(diǎn)的坐標(biāo)值，其特征在于:中央處理單元計(jì)算出每一交叉點(diǎn)連接各個(gè)反光件所形成的各條連接線之間的多個(gè)第二角度，該多個(gè)第二角度組成與每一交叉點(diǎn)對(duì)應(yīng)的第二角度組，然后將每一第二角度組存儲(chǔ)起來；機(jī)器人在所述...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：孔釗，宋強(qiáng)，姜飛，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：蘇州科瓴精密機(jī)械科技有限公司，
類型：實(shí)用新型
國別省市：