CN101847011B - 一种用于移动机器人的便携式区域定位覆盖方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于移动机器人的便携式区域定位覆盖方法，其特征在于：有以下步骤：1)自动选择一个非历史区域作为目标区域，并存入区域信息存储系统；2)移动机器人在目标区域移动；3)移动机器人自动判断目标区域是否结束；4)将目标区域信息作为历史区域信息存入区域信息存储系统；5)将当前区域信息与目标区域信息进行比对，如果比对结果是不同，移动机器人从非目标区域至目标区域移动。本发明实时感知移动机器人其所在工作区域，与当前所在工作区域信息进行比对处理，最后将处理结果转换为相应的指令，控制其定位在后续工作区域，可以有效防止和避免移动机器人在同一工作区域内进行多次重复处理，显著地提高移动机器人的工作效率。

Description

一种用于移动机器人的便携式区域定位覆盖方法

技术领域

本发明涉及自动控制，尤其是涉及一种用于移动机器人的便携式区域定位覆盖方法。

背景技术

移动机器人是一种由传感器、遥控操作器和自动控制的移动载体组成的机器人系统。其中移动机器人大多是仅仅采用惯性导航系统，由于传感器检测存在误差和累计误差，其定位精度在短时间内可以满足大部分的要求，而在工作时间长、工作环境复杂场所，惯性导航系统定位就难以准确，甚至发生错误，经常造成在某一工作区域一次也没有处理，却在另一工作区域内进行多次无意义的重复处理，而不能实时正确移动定位到下一工作区域内，导致移动机器人的工作效率低下。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是弥补现有移动机器人在仅有惯性导航系统下工作效率低下的问题，提出一种用于移动机器人的便携式区域定位覆盖方法，采用本方法的移动机器人可以有效防止和避免在同一工作区域内进行多次重复处理，显著地提高工作其效率。

本发明基于如下原理：探测系统将移动机器人要工作的整体区域分成至少两个可探知移动机器人位置的工作区域，并为其分配了唯一的识别标志，如唯一的地址。开始时，由于移动机器人没有在任何工作区域工作过，主控系统可选择任意一个区域作为目标区域即移动机器人现在要工作的区域，并将目标区域信息存入区域信息存储系统，探测系统实时探测移动机器人的当前区域即移动机器人当前所在的区域，并实时传递给主控系统，主控系统判断目标区域与当前区域是否相同：如果不同，控制移动机器人随机旋转一个角度，向前前进设定的移动的距离，直到移动机器人到达目标区域；如果相同，主控系统控制移动机器人执行在当前工作区域的工作的指令并自动判断当前目标区域是否结束，以选择决定是否结束当前目标区域；区域信息存储系统将移动机器人工作后的区域作为历史区域存储起来；选择一个非历史区域作当前目标区域。在对所有区域或者已知区域全部工作完成后，可以将历史区域信息删除，再重复对所有区域进行工作。移动机器人自动判断当前目标区域是否结束的判断依据，包括任务是否完成、执行是否达到设定时间及约定结束的事件。

本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以解决：

这种用于移动机器人的便携式区域定位覆盖方法，适用于与便携式探测系统和包括区域信息存储系统的主控系统配套使用的移动机器人；

所述移动机器人至少向一个方向转动，本体内设有控制其转动的控制装置、特征发送器和移动机器人通讯装置；

所述便携式探测系统包括与移动机器人对应的探测系统通讯装置；

所述便携式探测系统将移动机器人即将工作的整体区域分成至少两个可识别的工作区域，且实时通过探测系统通讯装置通知移动机器人相关信息；

所述区域信息存储系统用于存储移动机器人的目标区域信息即现在要工作的区域，和历史区域信息即曾经工作过的区域信息；

这种用于移动机器人的便携式区域定位覆盖方法的特点是有以下步骤：

1)所述主控系统自动选择一个非历史区域作为目标区域，并将目标区域信息存入区域信息存储系统；

2)所述主控系统将当前区域信息与目标区域信息进行比对，如果比对结果是不同，即误入非目标区域，所述主控系统控制移动机器人从非目标区域至目标区域移动。

3)所述主控系统控制移动机器人在目标区域移动；

4)所述主控系统依据任务是否完成、执行是否达到设定时间及约定结束的事件自动判断目标区域是否结束，以选择决定是否结束目标区域；

5)所述主控系统在移动机器人结束目标区域后将目标区域信息作为历史区域信息存入区域信息存储系统。

所述方法还包括以下步骤：

6)依据任务是否完成、执行是否达到设定时间及约定结束的事件判定对所有工作区域或者已知工作区域全部工作完成后，将区域信息存储系统中的历史区域信息删除，再重复步骤1)至步骤5)。

本发明的技术问题通过以下技术方案予以解决：

所述步骤3)的移动方式根据系统的不同而灵活使用，包括带有测障系统的移动机器人的场地覆盖方式，这是一种由美国专利US6809490公开的场地覆盖方式，包括障碍伴随模式和随机弹回模式，控制系统为移动机器人提供了对特定区域的完全覆盖。

所述步骤4)的判断依据，包括任务是否完成、执行是否达到设定时间、约定结束的事件。

所述步骤2)的移动，有以下子步骤：

2-1)所述主控系统先判断当前工作区域是否是目标区域，即判断是否进入到目标区域；

2-2)如果判断结果不是目标区域，移动机器人就旋转一个随机角度，以防止由于移动机器人在某些环境下在某个固定位置重复执行判断步骤；

2-3)再向前前进设定的距离，例如1米，直到判断当前工作区域是目标区域，即进入目标区域；

2-4)如果判断结果是目标区域，移动机器人就向前前进小于设定距离的距离，例如0.3米，作为移动回旋余量。

所述便携式探测系统，是仅有一个探测器和有至少两个探测器的便携式探测系统中的一种。

所述仅有一个探测器的便携式探测系统将移动机器人即将工作的整体区域分成两个可识别的工作区域，其中一个是探测器不能探测到的无感区域，另一个是探测器能探测到的有感区域，所述无感区域与所述有感区域的面积都至少允许移动机器人移动；

所述有至少两个探测器的便携式探测系统将移动机器人即将工作的整体分成至少四个可识别的工作区域，包括每个探测器都不能探测到的一个无感区域、仅每个探测器能探测到的一个有感区域，以及两个探测器能同时探测到的公共有感区域。

所述便携式探测系统定义的工作区域，分配有唯一的地址，在探测器感应到移动机器人时，将包含此地址信息的信息发送给移动机器人。

所述有至少两个探测器的便携式探测系统中的探测器是互相有联系的整体，以及互相无联系的独立个体中的一种，由多个探测器同时感应到的区域，互相有联系的，通过互相联系组合成新的地址，互相无联系的由移动机器人组成新的地址。以采用较少量的探测器划分较多区域。

所述主控系统是设置在移动机器人本体和设置在便携式探测系统中的一种。

所述主控系统是设置在移动机器人本体，探测系统通讯装置与移动机器人通讯装置之间通讯的内容是移动机器人当前所在区域信息，由移动机器人上的主控系统判断并控制移动机器人执行相应指令的动作。

所述主控系统是设置在便携式探测系统，由便携式探测系统将所感应到的移动机器人所在区域信息处理后转换为相应指令通过探测系统通讯装置传递给移动机器人通讯装置，由移动机器人执行相应指令的动作。

优选的是，所述移动机器人的特征发送器是红外线发射器。

优选的是，与所述特征发送器配套使用的便携式探测器是红外线接收器。

所述便携式探测系统包括使用摄像头来代替探测器的红外接收模块。所述便携式探测系统通过所述摄像头拍摄到的图片来分析移动机器人是否在摄像范围内以及在其摄像的具体位置来对移动机器人的工作区域划分成多个可识别的区域。

所述便携式探测器感应移动机器人的特征有多种方式，包括感应移动机器人的某些特有特征的电磁波信号、超声信号、机器人的外观形状，移动机器人的特征发送器也相应改变。

本发明与现有技术对比的有益效果是：

本发明基于使用便携式探测系统定义移动机器人的工作区域，由便携式探测系统实时感知移动机器人其所在工作区域，通过存储系统存储其已经处理过的历史工作区域信息和目标区域信息，与便携式探测系统提供的移动机器人当前所在工作区域信息进行比对处理，最后将处理结果转换为相应的指令，控制移动机器人定位在后续工作区域，有效防止和避免移动机器人在同一工作区域内进行多次重复处理，显著地提高移动机器人的工作效率。

附图说明

图1是采用本发明方法的便携式探测系统仅使用一个探测器的具体实施方式一的静止示意图；

图2是图1的移动机器人在一个区域内移动的步骤轨迹图；

图3是图1的移动机器人在一个区域进入另一区域再返回原来区域的步骤轨迹图；

图4是图1的移动机器人从一个区域进入另一区域的步骤轨迹图；

图5是采用本发明方法的便携式探测系统使用两个探测器的具体实施方式二的静止示意图；

图6是图2的移动机器人在一个区域内移动的步骤轨迹图；

图7是图2的移动机器人在一个区域进入另一区域再返回原来区域的步骤轨迹图；

图8是图2的移动机器人从一个区域进入另一区域的步骤轨迹图；

图9是图2的移动机器人从一个区域进入另一区域再进入另一区域的步骤轨迹图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式并对照附图对本发明进行详细说明。

具体实施方式一

移动机器人10是深圳银星智能电器有限公司出品的型号为M-788保洁机器人，本体内设有可以控制其至少向一个方向转动的控制装置，采用ST公司出品的STM32F10X系列芯片作为主控系统，该芯片内集成有存储器作为区域信息存储系统。移动机器人通讯装置采用台湾笙科公司出品的型号为MD7105-A01的无线通讯模块，用于移动机器人与便携式探测系统之间的通讯。通讯的内容包含多种内容，如通知移动机器人其当前所在区域，或者是直接命令移动机器人的移动动作。

移动机器人10包含一个用于发送包含移动机器人信息的红外特征信号的特征发送器，特征发送器是采用锥形反射镜的红外线发射器，锥形反射镜将红外发射管所发出的光线向水平方向发射，使之形成一个半径大于移动机器人本体半径3～5米的水平红外线平面，红外发射管为亿光电子公司出品的型号为IR204的红外LED，红外线载波频率为38KHZ，被调制信号频率为1KHZ。

便携式探测系统仅使用一个便携式探测器20，便携式探测器包含一个用于感应移动机器人10的特征发送器发出的红外特征信号的红外接收模块，红外接收模块为亿光电子公司出品的型号为IRM-2638的红外接收模块。探测系统通讯装置采用与移动机器人使用同一型号的MD7105-A01无线通讯模块，便携式探测系统将移动机器人10的工作区域30划分为如图1所示的可以使用探测器20感应到移动机器人的区域即有感区域31，以及使用探测器20不能感应到移动机器人的区域即无感区域32。

如果移动机器人10的初始所在区域是探测器20的无感区域32，同时移动机器人选择的目标区域也是无感区域32，所述相应的指令就控制移动机器人10在这个无感区域32内移动，移动机器人10的移动轨迹40如图2所示；在此期间，

如果无感区域32没有处理完毕，而移动机器人10进入探测器的有感区域31，通过与区域信息存储系统中的目标区域信息比对的结果不同，就由相应指令控制移动机器人10从非目标区域进入目标区域的移动，即从探测器的有感区域31进入到无感区域32，移动机器人10的移动轨迹40如图3所示；

如果无感区域32处理完毕，移动机器人10将目标区域(探测器的无感区域32)存入区域信息存储系统中的历史工作区域信息中，同时选择一个历史工作区域信息中没有的探测器的有感区域31，作为目标区域存入区域信息存储系统中的目标区域信息中，由于目标区域的改变，当前工作的探测器的无感区域已经不是目标区域，就由相应指令控制移动机器人10从非目标区域进入目标区域的移动，即从探测器的无感区域32进入到有感区域31，移动机器人10的移动轨迹40如图4所示。

具体实施方式二

与具体实施方式一不同之处是，具体实施方式二的便携式探测系统使用两个便携式探测器20、21，探测器20、21的有感区域和无感区域是如图5所示的一探测器21的有感区域33和34、另一探测器20的有感区域31和34、两个探测器20、21的无感区域32。

如果移动机器人10初始工作区域30和目标区域是两个探测器20、21的无感区域32，所述相应的指令就控制移动机器人10进行继续在这个无感区域32的移动，移动机器人10的移动轨迹40如图6所示；在此期间，

如果移动机器人10进入一探测器21的有感区域33，就结合区域信息存储系统中的目标区域(两个探测器20、21的无感区域32)信息进行比对，以确认是否在工作过程中误入非目标区域；

如果无感区域32没有处理完毕，并且比对结果是不同，即误入非目标区域，就由相应的指令控制移动机器人10从非目标区域进入目标区域的移动，即从一探测器21的有感区域33向原来的无感区域32的移动，移动机器人10的移动轨迹40如图7所示；

如果无感区域32处理完毕，移动机器人10将目标区域(两个探测器20、21的无感区域32)存入区域信息存储系统中的历史工作区域信息中，同时选择一个历史工作区域信息中没有的另一探测器20的有感区域31，作为目标区域存入区域信息存储系统中的目标区域信息中，由于目标区域的改变，当前工作的一探测器的无感区域已经不是目标区域，就由相应指令控制移动机器人10从非目标区域进入目标区域的移动，即从两个探测器20、21的无感区域32进入到另一探测器20的有感区域31，移动机器人10的移动轨迹40如图8所示。

如果另一探测器20的有感区域31处理完毕，移动机器人10将目标区域(另一探测器20的有感区域31)存入区域信息存储系统中的历史工作区域信息中，同时选择一个历史工作区域信息中没有的一探测器21的有感区域33，作为目标区域存入区域信息存储系统中的目标区域信息中，由于目标区域的改变，当前工作另一探测器20的有感区域31已经不是目标区域，就由相应指令控制移动机器人10从非目标区域进入目标区域的移动，即从另一探测器20的有感区域31进入一探测器21的有感区域33，在移动的过程中，如果移动机器人10没有直接进入到探测器21的有感区域33，而是进入两个探测器的无感区域32，由于两个探测器20、21的无感区域32也不是目标区域，就由相应指令继续控制移动机器人10从两个探测器20、21的无感区域32进入一探测器21的有感区域33，移动机器人10的移动轨迹40如图9所示。

本具体实施方式二中的有至少两个探测器的便携式探测系统中的探测器是互相有联系的整体，以及互相无联系的独立个体中的一种，由多个探测器同时感应到的区域，互相有联系的，通过互相联系组合成新的地址，互相无联系的由移动机器人组成新的地址。以采用较少量的探测器划分较多区域

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (9)

1.一种用于移动机器人的便携式区域定位覆盖方法，适用于与便携式探测系统和包括区域信息存储系统的主控系统配套使用的移动机器人；

所述移动机器人至少向一个方向转动，本体内设有控制其转动的控制装置、特征发送器和移动机器人通讯装置；

所述便携式探测系统包括与移动机器人对应的探测系统通讯装置；

所述便携式探测系统将移动机器人即将工作的整体区域分成至少两个可识别的工作区域，且实时通过探测系统通讯装置通知移动机器人包括当前区域信息在内的相关信息；

所述区域信息存储系统用于存储移动机器人的目标区域信息即现在要工作的区域，和历史区域信息即曾经工作过的区域信息；

其特征在于：有以下步骤：

1)所述主控系统自动选择一个非历史区域作为目标区域，并将目标区域信息存入区域信息存储系统；

2)所述主控系统将当前区域信息与目标区域信息进行比对，如果比对结果是不同，即误入非目标区域，所述主控系统控制移动机器人从非目标区域至目标区域移动；

3)所述主控系统控制移动机器人在目标区域移动；

4)所述主控系统依据任务是否完成、执行是否达到设定时间及约定结束的事件自动判断目标区域是否结束，以选择决定是否结束目标区域；

5)所述主控系统在移动机器人结束目标区域后将目标区域信息作为历史区域信息存入区域信息存储系统。

2.根据权利要求1所述的用于移动机器人的便携式区域定位覆盖方法，其特征在于：还包括以下步骤：

6)依据任务是否完成、执行是否达到设定时间及约定结束的事件判定对所有工作区域或者已知工作区域全部工作完成后，所述主控系统将区域信息存储系统中的历史区域信息删除，再重复步骤1)至步骤5)。

3.根据权利要求1或2所述的用于移动机器人的便携式区域定位覆盖方法，其特征在于：

所述步骤3)的移动执行方式，包括带有测障系统的移动机器人的场地覆盖执行方式。

4.根据权利要求3所述的用于移动机器人的便携式区域定位覆盖方法， 其特征在于：

所述步骤2)的移动执行，有以下子步骤：

2-1)所述主控系统先判断当前工作区域是否是目标区域，即判断是否进入到目标区域；

2-2)如果判断结果不是目标区域，移动机器人就旋转一个随机角度；

2-3)再向前前进设定的距离，直到判断当前工作区域是目标区域，即进入目标区域；

2-4)如果判断结果是目标区域，移动机器人就向前前进小于设定距离的距离，作为移动回旋余量。

5.根据权利要求4所述的用于移动机器人的便携式区域定位覆盖方法，其特征在于：

所述移动机器人是采用便携式探测系统的移动机器人，所述便携式探测系统是仅有一个探测器和有至少两个探测器的便携式探测系统中的一种；

所述仅有一个探测器的便携式探测系统将移动机器人即将工作的整体区域分成两个可识别的工作区域，其中一个是探测器不能探测到的无感区域，另一个是探测器能探测到的有感区域，所述无感区域与所述有感区域的面积都至少允许移动机器人移动；

所述有至少两个探测器的便携式探测系统将移动机器人即将工作的整体分成至少四个可识别的工作区域，包括每个探测器都不能探测到的一个无感区域、仅每个探测器能探测到的一个有感区域，以及两个探测器能同时探测到的公共有感区域。

6.根据权利要求5所述的用于移动机器人的便携式区域定位覆盖方法，其特征在于：

所述便携式探测系统定义的工作区域，分配有唯一的地址，在探测器感应到移动机器人时，将包含此地址信息的信息传递给主控系统；

所述有至少两个探测器的便携式探测系统中的探测器是互相有联系的整体，以及互相无联系的独立个体中的一种，由多个探测器同时感应到的区域，互相有联系的，通过互相联系组合成新的地址，互相无联系的由移动机器人组成新的地址；以采用较少量的探测器划分较多区域。

7.根据权利要求6所述的用于移动机器人的便携式区域定位覆盖方法，其特征在于： 

所述主控系统是设置在移动机器人本体和设置在便携式探测系统中的一种。

8.根据权利要求7所述的用于移动机器人的便携式区域定位覆盖方法，其特征在于：

所述主控系统是设置在移动机器人本体，探测系统通讯装置与移动机器人通讯装置之间通讯的内容是移动机器人当前所在区域信息，由移动机器人上的主控系统判断并控制移动机器人执行相应指令的动作。

9.根据权利要求7所述的用于移动机器人的便携式区域定位覆盖方法，其特征在于：

所述主控系统是设置在便携式探测系统，由便携式探测系统将所感应到的移动机器人所在区域信息处理后转换为相应指令通过探测系统通讯装置传递给移动机器人通讯装置，由移动机器人执行相应指令的动作。 

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