CN101670580B - 智能机器人系统及其无障碍导向方法和电子导向镜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能机器人系统及其导向方法和电子导向镜，该系统包括：机座，机座上具有用于发出无线信号指引机器人回到机座的发射器；机器人，机器人的本体上具有接收无线信号的接收器以及对接收器所接收到的无线信号进行比较的逻辑判断模块；电子导向镜，电子导向镜具有发射无线信号的发射装置，发射装置引导机器人朝向电子导向镜运动；相对于发射装置发射的无线信号，发射器发出的无线信号对机器人具有优先权。本发明通过利用电子导向镜实现机座与机器人之间的信号传递，可以使红外信号绕过障碍物传送到机器人，实现了机器人的无障碍导向；另外，通过多个电子导向镜之间的级联，还可以使机器人的工作范围扩大，并保证机器人的顺利返回。

Description

智能机器人系统及其无障碍导向方法和电子导向镜

技术领域

本发明涉及一种用于导向智能机器人的电子导向镜、导向方法及智能机器人系统。

背景技术

现有技术中，智能机器人通常需要按照指令在某个空间内完成特定工作，工作完毕后机器人需要返回机座。以吸尘器为例，当吸尘器自身的电量不足时，需要及时返回机座进行充电，通常机座通过红外线引导吸尘器返回，然而当机座与吸尘器之间存在障碍时，红外线不能越过障碍物将信号传递给吸尘器，使吸尘器接收不到引导信号而无法及时返回机座充电，吸尘器就会不断在某一区域进行重复运动以及清扫，因而造成电池过量放电，影响电池寿命；另外，如果吸尘器距离机座过远，也有可能由于信号的衰减，使吸尘器无法检测到信号并返回。

上述的这些弊端很大程度上限制了吸尘器的工作范围，因此设计师和使用者都希望将吸尘器限制在一个封闭的空间内工作。如中国专利CN1241080C提供了一种用于机器人的定位和制约的方法及系统，其主要是通过将机器人限制在某一区域内，而避免机器人在工作中会不经意地从一个房间漫游到另一个房间。从该专利中可以看出，为了解决机器人从工作空间逃逸的问题，机器人需要执行复杂的算法。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种能够实现无障碍导向机器人的智能机器人系统。

本发明所采用的技术方案是：一种智能机器人系统，它包括：

机座，所述的机座上具有用于发出无线信号指引机器人回到机座的发射器；

可移动的机器人，所述的机器人的本体上具有用于接收无线信号的接收器以及对所述的接收器所接收到的无线信号进行比较的逻辑判断模块；

电子导向镜，所述的电子导向镜具有用于发射无线信号的发射装置，所述的发射装置引导所述的机器人朝向所述的电子导向镜运动；相对于所述的发射装置发射的无线信号，所述的发射器发出的无线信号对所述的机器人具有优先权。

所述的发射器与所述的发射装置发出的均为红外光信号。

具体地说，所述的优先权具有两种实现方式，一是通过所述的发射器与所述的发射装置所发出的无线信号的编码和频率不同实现的，其技术方案如下：

所述的电子导向镜具有与所述的机座通讯的接收装置和信号中转装置，所述的信号中转装置的输入端和输出端分别与所述的接收装置和发射装置相电连接，所述的电子导向镜与所述的机座之间通过无线方式通讯。

所述的电子导向镜还包括面板，所述的发射装置和接收装置均设置在所述的面板上，所述的面板的高度大于所述的机器人的高度，当所述的机器人运动到电子导向镜的下方时，所述的面板遮挡在所述的发射装置与所述的接收器之间。

所述的发射装置包括信号发射管以及传导光道，所述的发射管固定设置在所述的传导光道内，所述的传导光道水平可转动地连接在所述的面板上。

所述的智能机器人系统中包含有多个所述的电子导向镜，并且所述的多个电子导向镜之间构成级联，其工作的原理主要有两种：

所述的机座发射特定码率的第一无线信号，所述的多个电子导向镜中，位于最前级的电子导向镜的接收装置接收到机座发出的第一无线信号后，其发射装置发射码率与第一无线信号不同的第二无线信号；与该前级电子导向镜相邻的后级电子导向镜接收所述的第二无线信号，其发射装置发射第一无线信号；自所述的机座向所述的机器人的方向，所述的第一无线信号与所述的第二无线信号交替存在，当所述的机器人处于所述的第一无线信号和第二无线信号的覆盖范围内时，所述的机器人优先执行所述的第一无线信号。

所述的机座发射特定码率的第一无线信号，所述的多个电子导向镜均发射码率与所述的第一无线信号不同的第二无线信号；机器人行进过程中进入多个电子导向镜的信号重叠区域时，机器人按在先接收到的信号确定的原路径行走，当行走到发射该在先信号的电子导向镜的面板下方时，由于面板挡住了该级电子导向镜的发射装置发射的无线信号，因此机器人会丢失掉该级信号而进入前一级电子导向镜的信号覆盖范围内，这样逐级向前移动，当所述的机器人处于所述的第一无线信号和第二无线信号的覆盖范围内时，所述的机器人优先执行所述的机座发出的第一无线信号，直到回到机座。

所述的优先权的另外一种实现方式是：通过所述的接收器收到无线信号的先后顺序实现的，其具体技术方案如下：

所述的电子导向镜具有与所述的机座通讯的接收装置和信号中转装置，所述的信号中转装置的输入端和输出端分别与所述的接收装置和发射装置相电连接，所述的电子导向镜与所述的机座之间通过无线方式通讯。

所述的电子导向镜还包括面板，所述的发射装置和接收装置均设置在所述的面板上，所述的面板的高度大于所述的机器人的高度，当所述的机器人运动到电子导向镜的下方时，所述的面板遮挡在所述的发射装置与所述的接收器之间。

所述的发射装置包括信号发射管以及传导光道，所述的发射管固定设置在所述的传导光道内，所述的传导光道水平可转动地连接在所述的面板上。

所述的智能机器人系统中包含有多个所述的电子导向镜，并且所述的多个电子导向镜之间构成级联，当多个电子导向镜之间构成级联时，所述的逻辑判断模块可以通过如下方式工作：

所述的机座发射特定码率的第一无线信号，所述的多个电子导向镜中，位于最前级的电子导向镜的接收装置接收到机座发出的第一无线信号后，其发射装置发射码率与第一无线信号不同的第二无线信号；与该前级电子导向镜相邻的后级电子导向镜接收所述的第二无线信号，其发射装置发射第一无线信号；自所述的机座向所述的机器人的方向，所述的第一无线信号与所述的第二无线信号交替存在，当所述的机器人处于所述的第一无线信号和第二无线信号的覆盖范围内时，所述的机器人优先执行后收到的无线信号。

本发明的另一目的是：为智能机器人系统提供一种实现无障碍导向的方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种智能机器人系统的导向方法，它包括：

(a)机座发射用于引导机器人回到机座的无线信号，电子导向镜发射引导所述的机器人向所述的电子导向镜移动的无线信号；

(b)所述的机器人上的接收器自动搜索附近的导向信号，若同时搜索到所述的机座发射的无线信号和所述的电子导向镜发射的无线信号，所述的机器人由所述的机座发射的无线信号导向；若仅搜索到所述的电子导向镜发射的无线信号，所述的机器人则由所述的电子导向镜发射的无线信号导向，直至所述的机器人搜索到所述的机座发射的无线信号。

更进一步地说，所述的电子导向镜处于所述的机座所发出的无线信号的覆盖范围内，当所述的机器人沿所述的电子导向镜发射的无线信号行走时，就会进入到所述的机座发射的无线信号的覆盖范围，进而执行所述的机座发射的无线信号。

或者还可以通过下述方案实现：所述的智能机器人系统包括有多个电子导向镜，所述的多个电子导向镜之间形成级联，所述的多个电子导向镜中最前级的电子导向镜处于所述的机座所发出的无线信号的覆盖范围内，其余的各电子导向镜分别处于其前级电子导向镜的覆盖范围内。

所述的电子导向镜与机座之间通过无线方式通讯，所述的电子导向镜上具有发射装置、信号接收装置和信号中转装置，所述的信号中转装置分别与所述的信号接收装置和所述的发射装置相电连接。

本发明的目的还在于：提供一种电子导向镜，其能够在机器人与机座之间存在障碍物时，指引机器人向电子导向镜运动。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种电子导向镜，它包括面板，所述的面板上设置有用于发出无线信号的发射装置，所述的发射装置发射的无线信号引导机器人朝向所述的电子导向镜运动。

所述的电子导向镜具有接收装置和信号中转装置，所述的信号中转装置的输入端和输出端分别与所述的接收装置和发射装置相电连接。

所述的接收装置为无线接收装置。

所述的接收装置与所述的发射装置均采用红外光信号。

所述的接收装置包括红外光接收器件。

所述的发射装置包括信号发射管以及传导光道，所述的发射管固定设置在所述的传导光道内，所述的传导光道水平可转动地连接在所述的面板上。

本发明与现有技术相比具有如下优点：本发明通过增设电子导向镜，能够在机座与机器人之间存在障碍物时，利用电子导向镜引导机器人，摆脱了红外信号从机座发射到机器人接收的路径必须是直线的限制，实现了机器人的无障碍导向；此外，通过电子导向镜的收发信号过程，不但可保证信号强度不变，另外，还可以通过多个电子导向镜之间的级联，扩大无线信号的覆盖范围，从而保证机器人能够在一个扩大的工作范围内顺利返回。

附图说明

附图1为电子导向镜的主视图；

附图2为电子导向镜的俯视图；

附图3为机座的立体图；

附图4为机器人的俯视图；

附图5为电子导向镜为机器人导向的平面示意图；

附图6为电子导向镜为机器人导向的立体示意图；

附图7为机器人到达电子导向镜的面板下方时的示意图

附图8为多个电子导向镜级联导向的示意图；

其中：1、电子导向镜；2、接收装置；3、发射装置；4、机座；5、发射器；6、机器人；7、接收器；8、面板；9、发射管；10、墙壁；11、信号中转装置；12、信号产生装置；13、传导光道；15、指示灯。

具体实施方式

下面结合附图1至附图8，以自动吸尘器为例对本发明的工作原理进行详细阐述。

在本发明的实施例一中，一种智能机器人系统，它包括：

机座4，所述的机座4上具有信号产生装置12以及用于发出无线信号指引机器人6回到机座4的发射器5，所述的无线信号具有特定的编码和频率以供机器人6辨认；

可移动的机器人6，所述的机器人6的本体上具有用于接收无线信号的接收器7以及对所述的接收器7所接收到的无线信号进行比较的逻辑判断模块，该机器人6可以通过其底部的轮子转动和自由行走；

电子导向镜1，所述的电子导向镜1具有用于发射无线信号的发射装置3、与所述的机座4通讯的接收装置2和信号中转装置11，所述的信号中转装置11的输入端和输出端分别与所述的接收装置2和发射装置3相电连接。本实施例中，接收装置2接收到来自机座4的第一无线信号后，将信号传送至信号中转装置11，经信号中转装置11解码编译后，通过发射装置3发出与第一无线信号码率不同的第二无线信号，所述的第二无线信号引导所述的机器人6朝向所述的电子导向镜1运动。说明书中所述的“前”方向与机器人行进的方向相同。

相对于所述的发射装置3发射的第二无线信号，所述的发射器5发出的第一无线信号对所述的机器人6具有优先权。本实施例中，优先权是通过机座4与电子导向镜1所发出的无线信号的编码和频率不同，通过机器人的逻辑判断模块进行识别和选择从而实现的。

本发明所涉及的智能机器人系统的导向方法是：机器人6内部的逻辑判断模块会自动搜索附近的导向信号，当机器人6同时搜索到机座4发出的第一无线信号和电子导向镜1发出的第二无线信号时，该逻辑判断模块就会发出指令使机器人6执行第一无线信号，即以第一无线信号的引导回到机座4；当机器人6与机座4之间存在障碍物(如附图5中的墙壁10)，而使得两者之间无法直接通讯时，机器人6只能接收到电子导向镜1发射的第二信号，逻辑判断模块就会执行第二无线信号，即命令机器人6向电子导向镜1移动，由于电子导向镜1处于第一无线信号的覆盖范围，机器人6在向着电子导向镜1移动的过程中，很容易就会重新接收到第一无线信号，机器人6转而执行机座4发射的第一无线信号。

除了以码率判断优先权，本实施例中还通过物理结构的高度差来保障优先权的可靠性，其具体的技术方案是：电子导向镜1包括面板8，所述的发射装置2和接收装置3均设置在所述的面板8上，所述的面板8的高度大于所述的机器人6的高度，当所述的机器人6按照第二无线信号的引导，运动到电子导向镜1的下方时，所述的面板8遮挡在所述的发射装置2与所述的接收器7之间，因此接收器7只能接收到第一无线信号，机器人6就会转而向机座4移动。

所述的电子导向镜1与所述的机座4之间通过无线方式通讯，比如超声波或红外信号。一般选择红外信号进行通讯，相应地，所述的发射器5与所述的发射装置3均为红外光发射器件，所述的接收装置2包括红外光接收器件，该红外光接收器件能够接收360度范围内的红外光线，因此红外光可以经各角度入射到接收装置2内。

所述的发射装置3包括信号发射管9以及传导光道13，所述的发射管9固定设置在所述的传导光道13内，所述的传导光道13可转动地连接在所述的面板8上。一般机座4都固定放置在某处，而电子导向镜1可以放置在拐角或门口，消费者可以根据室内障碍物的分布情况，通过转动传导光道13的角度来调整第二无线信号发射的方向，从而实现机器人的顺利导向。

综上所述，在本发明的实施例一中，通过利用电子导向镜1实现机座4与机器人6之间的中继收发，可以克服机器人6导向的盲点，实现无障碍导向。

与实施例一不同的是，在本发明的实施例二中，所述的智能机器人系统中包含有多个所述的电子导向镜1，并且所述的多个电子导向镜1之间构成级联。上述级联是指通过两个或两个以上相同的单级设备联成的整体，各个单独的设备均可以单独作用于目标物体；同时，多个单级设备还串联在一起，使目标物体依次通过各级，也就是从末级进入，流至第一级。

在本发明的实施例二中，各电子导向镜通过接收装置2接收前级所发出的无线信号，并通过发射装置3发射另一无线信号，所述的优先权是通过所述的接收器7收到无线信号的先后顺序实现的。具体地说，所述的机座4发射特定码率的第一无线信号，所述的多个电子导向镜中，位于最前级的电子导向镜的接收装置2接收到机座4发出的第一无线信号后，其发射装置3发射码率与第一无线信号不同的第二无线信号；与该前级电子导向镜相邻的后级电子导向镜接收所述的第二无线信号，其发射装置3发射第一无线信号；次后级电子导向镜接收第一无线信号发射第二无线信号，按规律以此类推，自所述的机座4向所述的机器人6的方向，所述的第一无线信号与所述的第二无线信号交替存在，这样不管中间多少个电子导向镜，始终只有第一无线信号与第二无线信号，由于信号是单向传递的，后级电子导向镜的信号范围不可能覆盖前级导向镜，因此机器人6交替执行第一无线信号和第二无线信号，并且，机器人6的逻辑判断模块会给在后收到的信号比在先收到的信号更高的优先权，这样机器人6就能够沿着正确的行走路径逐级向前移动，直至找到机座4。具体地说：机器人6沿某一无线信号行进(比如说第一无线信号)，并进入多个信号重叠的区域时，当机器人6收到与原来收到的信号(第一无线信号)不同的信号(即收到第二无线信号)时，此时机器人6会执行新收到的信号，确定行走路线，并且机器人6的逻辑判断模块不再理会原来收到的信号(第一无线信号)；这样做的好处是机器人6的逻辑判断模块更简单、容易实现。

同样是多个电子导向镜级联的情况下，还可以以不同编码和频率设置信号优先权，具体设置为第一信号的优先权大于第二信号的优先权。当机器人6沿某一信号行进过程中进入多个信号重叠的区域时，当机器人6收到比原来的信号优先权高的信号时，此时机器人6会执行新收到的信号，确定新的行走路径；而当机器人6收到比原来的信号优先权低的信号时，继续沿原定路线行走，机器人6走到发射该信号的电子导向镜1面板8下方时，会丢失掉原来的信号，而进入前一级信号的辐射范围内，最终回到机座4。

作为实施例一和实施例二的一种简化，在本发明的第三实施例中，所述的电子导向镜1上仅包括发射装置3，其无需接收来自机座4或前级电子导向镜1的信号，而是自行发射引导信号，同样可以达到本发明的目的。在智能机器人系统采用多个电子导向镜级联的情况下，如实施例二，自机座4向机器人6的方向上，多个电子导向镜发射的信号是第一无线信号和第二无线信号交替的，智能机器人系统的导向方法与实施例二中的相同：机器人6交替执行第一无线信号和第二无线信号，最终使机器人6回到机座4。

在本发明的第四实施例中，与实施例三不同的是：机座4发射第一信号，多个电子导向镜1均发射优先权比机座发射的第一信号优先权低的第二信号，机器人6行进过程中进入多个(一般是两个)第二无线信号重叠的区域时，因机器人6无法识别先后收到的相同信号，所以机器人6按在先接收到的信号确定的原路径行走，当行走到发射该在先信号的电子导向镜1的面板8下方时，由于面板8挡住了无线信号，因此机器人6会丢失掉该在先信号而进入前一级电子导向镜1的信号辐射范围内，这样逐级向前移动，直到回到机座4。

另外，电子导向镜1上设置有信号指示灯15，无论是自行发射信号还是转发信号，指示灯15用于显示该电子导向镜是否处于前一级电子导向镜或机座的无线信号覆盖范围内，只要其接收到前一级信号，指示灯15就会点亮表示连接成功，这样当机器人6移动到该电子导向镜附近时，必定能够搜索到前级电子导向镜或机座的信号。

综上所述，通过电子导向镜1的级联，不但可保证信号强度不变，还可以使机器人的工作范围扩大，保证机器人的顺利返回，附图8显示了通过多个电子导向镜级联实现机器人在多个房间内导向的原理。

Claims (19)

1.一种智能机器人系统，其特征是：它包括

机座，所述的机座上具有用于发出无线信号指引机器人回到机座的发射器；

可移动的机器人，所述的机器人的本体上具有用于接收无线信号的接收器以及对所述的接收器所接收到的无线信号进行比较的逻辑判断模块；

电子导向镜，所述的电子导向镜具有用于发射无线信号的发射装置，所述的发射装置引导所述的机器人朝向所述的电子导向镜运动；相对于所述的发射装置发射的无线信号，所述的发射器发出的无线信号对所述的机器人具有优先权。

2.根据权利要求1所述的智能机器人系统，其特征是：所述的发射器与所述的发射装置发出的均为红外光信号。

3.根据权利要求1所述的智能机器人系统，其特征是：所述的优先权是通过所述的发射器与所述的发射装置所发出的无线信号的编码和频率不同实现的。

4.根据权利要求3所述的智能机器人系统，其特征是：所述的电子导向镜具有与所述的机座通讯的接收装置和信号中转装置，所述的信号中转装置的输入端和输出端分别与所述的接收装置和发射装置相电连接，所述的电子导向镜与所述的机座之间通过无线方式通讯。

5.根据权利要求4所述的智能机器人系统，其特征是：所述的电子导向镜还包括面板，所述的发射装置和接收装置均设置在所述的面板上，所述的面板的高度大于所述的机器人的高度，当所述的机器人运动到电子导向镜的下方时，所述的面板遮挡在所述的发射装置与所述的接收器之间。

6.根据权利要求4所述的智能机器人系统，其特征是：所述的发射装置包括信号发射管以及传导光道，所述的发射管固定设置在所述的传导光道内，所述的传导光道水平可转动地连接在所述的面板上。

7.根据权利要求4所述的智能机器人系统，其特征是：所述的智能机器人系统中包含有多个所述的电子导向镜，并且所述的多个电子导向镜之间构成级联。

8.根据权利要求7所述的智能机器人系统，其特征是：所述的机座发射特定码率的第一无线信号，所述的多个电子导向镜中，位于最前级的电子导向镜的接收装置接收到机座发出的第一无线信号后，其发射装置发射码率与第一无线信号不同的第二无线信号；与该前级电子导向镜相邻的后级电子导向镜接收所述的第二无线信号，其发射装置发射第一无线信号；自所述的机座向所述的机器人的方向，所述的第一无线信号与所述的第二无线信号交替存在，当所述的机器人处于所述的第一无线信号和第二无线信号的覆盖范围内时，所述的机器人优先执行所述的第一无线信号。

9.根据权利要求7所述的智能机器人系统，其特征是：所述的机座发射特定编码和频率 的第一无线信号，所述的多个电子导向镜均发射编码和频率相同的第二无线信号，所述的第二无线信号与所述的第一无线信号的编码和频率不同，当所述的机器人处于所述的第一无线信号和第二无线信号的覆盖范围内时，所述的机器人优先执行所述的机座发出的第一无线信号。

10.根据权利要求1所述的智能机器人系统，其特征是：所述的优先权是通过所述的接收器收到无线信号的先后顺序实现的。

11.根据权利要求10所述的智能机器人系统，其特征是：所述的电子导向镜具有与所述的机座通讯的接收装置和信号中转装置，所述的信号中转装置的输入端和输出端分别与所述的接收装置和发射装置相电连接，所述的电子导向镜与所述的机座之间通过无线方式通讯。

12.根据权利要求11所述的智能机器人系统，其特征是：所述的电子导向镜还包括面板，所述的发射装置和接收装置均设置在所述的面板上，所述的面板的高度大于所述的机器人的高度，当所述的机器人运动到电子导向镜的下方时，所述的面板遮挡在所述的发射装置与所述的接收器之间。

13.根据权利要求11所述的智能机器人系统，其特征是：所述的发射装置包括信号发射管以及传导光道，所述的发射管固定设置在所述的传导光道内，所述的传导光道水平可转动地连接在所述的面板上。

14.根据权利要求11所述的智能机器人系统，其特征是：所述的智能机器人系统中包含有多个所述的电子导向镜，并且所述的多个电子导向镜之间构成级联。

15.根据权利要求14所述的智能机器人系统，其特征是：所述的机座发射特定码率的第一无线信号，所述的多个电子导向镜中，位于最前级的电子导向镜的接收装置接收到机座发出的第一无线信号后，其发射装置发射码率与第一无线信号不同的第二无线信号；与该前级电子导向镜相邻的后级电子导向镜接收所述的第二无线信号，其发射装置发射第一无线信号；自所述的机座向所述的机器人的方向，所述的第一无线信号与所述的第二无线信号交替存在，当所述的机器人处于所述的第一无线信号和第二无线信号的覆盖范围内时，所述的机器人优先执行后收到的无线信号。

16.一种智能机器人系统的导向方法，其特征是：它包括

(a)机座发射用于引导机器人回到机座的无线信号，电子导向镜发射引导所述的机器人向所述的电子导向镜移动的无线信号；

(b)所述的机器人上的接收器自动搜索附近的导向信号，若同时搜索到所述的机座发射的无线信号和所述的电子导向镜发射的无线信号，所述的机器人由所述的机座发射的无线信号导向；若仅搜索到所述的电子导向镜发射的无线信号，所述的机器人则由所述的电子 导向镜发射的无线信号导向，直至所述的机器人搜索到所述的机座发射的无线信号。

17.根据权利要求16所述的导向方法，其特征是：所述的电子导向镜处于所述的机座所发出的无线信号的覆盖范围内，当所述的机器人沿所述的电子导向镜发射的无线信号行走时，就会进入到所述的机座发射的无线信号的覆盖范围，进而执行所述的机座发射的无线信号。

18.根据权利要求16所述的导向方法，其特征是：所述的智能机器人系统包括有多个电子导向镜，所述的多个电子导向镜之间形成级联，所述的多个电子导向镜中最前级的电子导向镜处于所述的机座所发出的无线信号的覆盖范围内，其余的各电子导向镜分别处于其前级电子导向镜的覆盖范围内。

19.根据权利要求16所述的导向方法，其特征是：所述的电子导向镜与机座之间通过无线方式通讯，所述的电子导向镜上具有发射装置、信号接收装置和信号中转装置，所述的信号中转装置分别与所述的信号接收装置和所述的发射装置相电连接。 

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