CN102156473A - 移动机器人用制约系统 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种移动机器人用制约系统，包括移动机器人和与移动机器人分离的信号收发装置，信号收发装置根据是否接收到移动机器人发射的信号决定是否发出全方位制约信号，并且移动机器人在接收到该全方位制约信号后执行同避该信号的动作，直到不再接收到该信号为止。由于信号收发装置的全方位制约信号是在其接收到移动机器人发出的信号后才发射，并在没有接收到移动机器人时停止发射，因此其信号收发装置并不是一直处于工作状态，从而具有耗能低的优点。本发明移动机器人用制约系统可用于移动机器人的避障及工作区域限制等领域。

Description

移动机器人用制约系统

技术领域

本发明涉及移动机器人，特别是一种用于移动机器人的制约系统。

背景技术

随着科学技术发展，机器人技术越来越成熟，其运用领域也越来越广泛。在有的应用中，需要将机器人限制在一定范围内执行工作，或者需要机器人避开一些障碍，例如在清洁机器人在清洁室内地面时要避免在完成第一房间的清洁工作之前进入到另一房间，同时在工作工程中要避免碰撞桌子等家具。

针对上述问题，中国专利申请号为ZL03103501.9的专利文献中揭示了一种用于机器人的定位及制约的方法及系统，该方法和系统可较好地解决上述问题，但由于其便携式障碍信号传送器一直处于工作状态，因此耗电量较高，需在较短时间间隔内对其进行充电，进而对使用者带来不便，同时，多次充电还会降低便携式障碍信号传送器内的电池的使用寿命。

针对ZL03103501.9的技术缺陷，中国专利申请号为ZL2007125240.7揭示了一种触发式的机器人制约系统，在一定程度上能节约电能，但其方案不完善，存在以下问题：在触发便携式应答器(便携式障碍信号传送器)发射制约信号后，机器人可能并没有接收到该制约信号，在触发制约信号到机器人接收到制约信号期间，便携式应答器(便携式障碍信号传送器)一直处于“无用功”的工作状态，会消耗一定的电能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服背景技术中的现有技术缺陷，提供一种制约效果好且耗能更低的移动机器人用制约系统。

为了达到以上目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种移动机器人用制约系统，包括移动机器人和与移动机器人分离的信号收发装置，所述移动机器人包括发射全方位信号的第一发射器和全方位接收信号的第一接收器；所述信号收发装置包括发射全方位信号的第二发射器和在一定角度范围内接收第一发射器发射的信号的第二接收器；所述第二发射器在第二接收器接收到第一发射器发射的信号后发射全方位制约信号，否则停止发射全方位制约信号；所述第二接收器在接收到第一发射器发射的信号时，所述第一接收器也能接收到第二发射器发射的全方位制约信号；所述移动机器人在第一接收器接收到全方位制约信号后执行回避该全方位制约信号的动作直到不再接收到该全方位制约信号为止。

所述第二接收器的接收角度为1°～30°，优选的角度为15°～20°。

所述移动机器人在第一接收器接收到全方位制约信号后沿其当前运动方向的左转、右转或后退，直到不再接收到该全方位制约信号后再随机选择一个方向运动。

所述第一发射器和第二发射器发射的信号包括红外信号、超声波信号、激光信号以及电磁波信号。

为了防止信号之间的干扰，所述第一发射器和第二发射器发射的信号互不相同。

所述第一发射器和第二发射器为红外发射器，所述第一发射器和第二发射器发射不同频率的红外载波信号。

所述第一发射器和第二发射器为发射相同频率红外信号的红外发射器，所述第一发射器以一定频率发射红外信号，所述第二发射器在第一发射器连续两次发射红外信号的间隔时间内发射红外信号。

所述第一接收器包括三个红外信号接收管，每个红外信号接收管的接收角度为120°以形成360°全方位接收范围。

所述移动机器人根据三个红外信号接收管是否接收到制约信号选择不同的运动方式。

对比现有技术，本发明揭示的移动机器人用制约系统的有益效果如下：本发明中的信号收发装置在接收到移动机器人发出的信号后才发射全方位制约信号，与此同时，移动机器人也接收到该制约信号并执行回避该信号的动作直到不再接收该制约信号，信号收发装置在没有接收到移动机器人发出的信号时，停止发射全方位制约信号，因此信号收发装置处于工作状态的时间大大缩短，因而具有耗能小的优点。本发明移动机器人制约系统可用于移动机器人的避障及工作区域限制等领域。

附图说明

图1是本发明移动机器人制约系统的原理图；

图2是本发明较佳实施列中的移动机器人的示意图；

图3是本发明较佳实施列中的信号收发装置的示意图；

图4是本发明较佳实施列中的移动机器人的信号接收器的示意图；

图5是本发明的移动机器人位于信号收发装置接收场外时的示意图；

图6是本发明的移动机器人位于信号收发装置接收场内时的示意图；

图7是本发明的移动机器人在执行回避制约信号动作后的示意图；

图8是本发明移动机器人的电路原理图；

图9是本发明信号收发装置的电路原理图；

图10是本发明的移动机器人用制约系统在移动机器人避障运用中的示意图；

图11是本发明的移动机器人用制约系统在限制移动机器人工作区域运用中的示意图。

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移动机器人用制约系统进行进一步详细说明。

请参考图1至图9，为本发明的一个较佳实施例。本发明移动机器人用制约系统包括移动机器人100和信号收发装置200。

请参考图1，为本发明移动机器人用制约系统的原理图。开启移动机器人100后，移动机器人100以一定频率发射全方位信号(如每隔200毫秒发射一次)，信号收发装置200探测(持续探测或以一定频率探测)是否接收到移动机器人100发射的信号，并根据探测结果执行步骤1或2：

1、如果没有接收到该信号，信号收发装置200不执行任何动作，同时移动机器人100也保持当前运动状态；

2、如果接收到信号，信号收发装置200立即发射出一个全方位制约信号(如5毫秒内)，同时移动机器人100接收到该信号，然后移动机器人100执行回避该制约信号的动作(如转向或后退)，同时信号也在探测是否接收到移动机器人100发射的全方位信号，并根据探测结果执行步骤2.1或2.2：

2.1、如果没有接收到该信号，信号收发装置200停止发射全方位制约信号，同时移动机器人200停止回避动作；

2.2、如果还能接收到该信号，则返同步骤2。

第一发射器110和第二发射器120发射的信号可为红外线信号、超声波信号、激光信号或电磁波信号中的一种或者任意两个的组合。为了避免信号间的相互干扰，第一发射器110和第二发射器120可选择发射不同的信号。

本发明中的第一发射器110和第二发射器210可同时采用红外信号发射器。为了避免相互之间的信号干扰，第一发射器110和第二发射器210发射不同频率的载波信号，如第一发射器110发射38KHz的红外信号，第二发射器210发射45KHz的红外信号，相应地，第一接收器120和第二接收器220采用对应接收频率的红外信号接收管。

本实施例中的第一发射器110和第二发射器210同时采用发射频率为38KHz的红外载波信号，为了避免相互之间的信号干扰，第一发射器110和第二发射器210不在同一时刻发射红外信号。本实施例中的第一发射器110以每200毫秒发射一个信号，信号接收器200接收到该信号后，第二发射器210在延迟5～50毫秒后发射红外制约信号，此时第一发射器110发射的红外信号已消失，因此相互之间不会存在信号干扰。

如图2所示，本发明的移动机器人100包括主控系统、驱动系统以及发射全方位信号的第一发射器110和全方位接受信号的第一接收器120。

如图3所示，本发明的信号收发装置200包括第二发射器210和第二接收器220。第二接收器220在一定角度范围内接收第一发射器110发射的全方位信号，第二发射器210在第二接收器220接收到第一发射器110发射的信号后发射全方位制约信号。信号收发装置200大致呈圆柱形，其顶端中央部分安装有第一发射器210以发射全方位的红外信号，在信号收发器200中部位置安装有第二接收器220，在1°～30°范围内接收红外信号。

为了避免在触发信号收发装置200发射出全方位制约信号后，移动机器人100并没有接收到全方位制约信号，进而导致信号收发装置200在一段时间内处于“无用功”的工作状态，可通过设置使第二接收器220在接收到第一发射器210发射的信号并触发第二发射器210发射全方位制约信号的同时，第一接收器120处于第二发射器210的全方位制约信号范围内，然后移动机器人100执行回避该制约信号的动作，直到不再接收到该全方位制约信号为止。这里的设置方式包括：设置发射器与接收器之间的距离、发射器发射的信号强度以及接收器的接收范围等，如图3所示，在第一发射器110与第二接收器220之间的物理距离与第二发射器210和第一接收器120之间的物理距离大致相同的情况下，可将移动机器人上的第一接收器120到信号收发装置的第二发射器210的最大接收距离设置成大于或等于信号收发装置上的第二接收器220到移动机器人的第一发射器110的最大接收距离，从而在信号收发装置200的第二发射器210发射全方位信号时，移动机器人100的第一接收器120肯定能接收到该全方位制约信号并执行回避该信号的动作。

这里的全方位指的是在发射器的发射场或接收器的接收场内的任意的位置。

如图4所示，为本实施例中移动机器人100的全方位信号接收装置120的结构示意图。信号接收装置120包括三个红外信号接收管1201、1202、1203，三个红外信号接收管都具有大约120°的接收角度，从而构成了360°的全方位接收范围，每个红外信号接收管都有各自的接收系统。以接收管1201正前方为移动机器人100的运动方向为前方为例：

如果只有红外信号接收管1201接收到制约信号或红外信号接收管1202和红外信号接收管1203同时接收到制约信号，可判断信号收发装置200位于移动机器人100的前方或者后方，移动机器人100往左转或右转，以进一步确定信号收发装置200的位置；

如果只有红外信号接收管1202接收到制约信号或红外信号接收管1201和红外信号接收管1202同时接收到制约信号时，可判断信号收发装置200位于移动机器人200的左侧，移动机器人100在接收到制约信号后往右转以回避该制约信号；

如果只有红外信号接收管1203接收到制约信号或红外信号接收管1201和红外信号接收管1203同时接收到制约信号时，可判断信号收发装置200位于移动机器人200的右侧，移动机器人100在接收到制约信号后往左转以回避该制约信号；

请参考图5至图7，将详细描述本发明移动机器人用制约系统的工作过程。

如图5所示，为移动机器人100位于信号收发装置200接收场外时的示意图，信号收发装置200的第二接收器220形成一个角度大约为20°左右，半径为3米左右的红外信号接收区域230，移动机器人100沿图中箭头A所示的方向运动，同时其第一发射器110以每100ms的时间间隔向其周围发射全方位红外信号，此时第一发射器110发射的信号并没有被第二接收器220接收到，因此安装在信号收发装置200上的第二发射器210并没有发射全方位制约信号，移动机器人100继续沿该方向运动。

如图6所示，移动机器人100的第一发射器110发射的红外信号被信号收发装置200的第二接收器220接收到，接着信号收发装置200的第二发射器210大约在5毫秒内发射出一个半径为4米左右(大于第二接收器220接收第一发射器110发射的信号的最大接收距离即可)全方位红外制约信号区域240，此时，移动机器人的第一接收器120位于该红外制约信号区域240内，移动机器人100的主控系统将控制其驱动系统使其回避该信号，直到第一接收器120不再接收到该红外制约信号为止。

如图7所示，移动机器人100在其第一接收器120在接收到的由第二发射器210发射的全方位制约信号后，沿着与其原来运动方向相反的方向运动以尽快回避该制约信号，如图中箭头A’所示的方向，移动机器人100沿A’方向运动一段距离后，第一信号发射器110处于第二接收器220的信号接收区域230外，此时信号收发装置200的第二发射器210停止发射全方位红外制约信号，移动机器人110的第一接收器120不再接收到该全方位红外制约信号，然后再随机选择一个方向运动。

请参考图8，为本发明较佳实施例的移动机器人100的电路图。

信号输出线11输出38KHz的频率方波，数据信号输出线12输出需要发射的数字信号，第一接收器120包括三个红外信号接收管D1，D2，D3(对应图4中的红外信号接收管1201，1202，1203)使用采样38K频率对信号进行采样，以获取信号值，可以载波信号频率范围为34KHz～48KHz的频率，其中对38KHz的频率最敏感，接收距离最远。第一发射器5(图2中的110)由红外信号发射管LED12、LED13、LED14、LED15、LED16、LED17、LED18，LED19构成，LED11为运行指示灯。其中，改变电阻R11和R12的阻值可以改变通过红外信号发射管的电流大小以调节红外发射管的发射距离。

当移动机器人100的红外信号接收管D1、D2、D3接收到信号收发装置200发射的红外信号时，通过红外信号接收线13，14，15对芯片U1分别发射一个信号，芯片U1收到该信号或信号组合后，控制移动机器人执行左转、右转或后退的动作。

请参考图9，为本发明较佳实施例的信号收发装置200的电路图。

信号输出线21输出38KHz的频率方波，数据信号输出线22输出需要发射的数字信号，第二接收器220为一个红外信号接收管D5使用采样38K频率对信号进行采样，以获取信号值，可以载波信号频率范围为34KHz～48KHz的频率，其中对38KHz的频率最敏感，接收距离最远。第二发射器6(图3中的120)由红外信号发射管LED22、LED23、LED24、LED25、LED26、LED27、LED28，LED29构成，LED21为运行指示灯。其中，改变电阻R21和R22的阻值可以改变通过红外信号发射管的电流大小以调节红外发射管的发射距离。

当信号收发装置200的红外信号接收管D4接收到移动机器人100发射的红外信号时，通过红外信号接收线23对芯片U2发送一个信号，芯片U2收到该信号后，使第二发射器6的红外发射管LED22、LED23、LED24、LED25、LED26、LED27、LED28，LED29发射制约信号。

请参考图10，为本发明移动机器人用制约系统在移动机器人的避障运用中的示意图。通过将信号收发装置200放置家具300上，移动机器人100在运动到家具300附近时，触发信号收发装置200发射一个大致呈全方位的制约信号区域240，移动机器人100在接收到该制约信号后执行远离该制约信号区域240的动作，因此可以防止移动机器人100碰到家具300。

请参考图11，为本发明移动机器人用制约系统在限制移动机器人工作区域的运用中的示意图。在移动机器人100在工作过程中越过房门400而进入其他区域，可在房门400处放置以信号收发装置200，移动机器人运动大房门400附近时，触发信号收发装置200发射一个大致呈全方位的制约信号区域240，移动机器人100在接收到该制约信号后执行远离该制约信号区域240的动作，因此可以防止移动机器人100越过房门400后进入其他区域。

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)

1.一种移动机器人用制约系统，包括移动机器人和与移动机器人分离的信号收发装置，其特征在于：

所述移动机器人包括发射全方位信号的第一发射器和全方位接收信号的第一接收器；

所述信号收发装置包括发射全方位信号的第二发射器和在一定角度范围内接收第一发射器发射的信号的第二接收器；

所述第二发射器在第二接收器接收到第一发射器发射的信号后发射全方位制约信号，否则停止发射全方位制约信号；

所述第二接收器在接收到第一发射器发射的信号时，所述第一接收器也能接收到第二发射器发射的全方位制约信号；

所述移动机器人在第一接收器接收到全方位制约信号后执行回避该全方位制约信号的动作直到不再接收到该全方位制约信号为止。

2.如权利要求1所述的移动机器人用制约系统，其特征在于：所述第二接收器的接收角度为1°～30°。

3.如权利要求1所述的移动机器人用制约系统，其特征在于：所述移动机器人在第一接收器接收到全方位制约信号后沿其当前运动方向的左转、右转或后退，直到不再接收到该全方位制约信号后再随机选择一个方向运动。

4.如权利要求1至3任意一项所述的移动机器人用制约系统，其特征在于：所述第一发射器和第二发射器发射的信号包括红外信号、超声波信号、激光信号以及电磁波信号。

5.如权利要求4所述的移动机器人用制约系统，其特征在于：所述第一发射器和第二发射器发射的信号互不相同。

6.如权利要求4所述的移动机器人用制约系统，其特征在于：所述第一发射器和第二发射器为红外发射器，所述第一发射器和第二发射器发射不同频率的红外信号。

7.如权利要求4所述的移动机器人用制约系统，其特征在于：所述第一发射器和第二发射器为发射相同频率红外信号的红外发射器，所述第一发射器以一定频率发射红外信号，所述第二发射器在第一发射器连续两次发射红外信号的间隔时间内发射红外信号。

8.如权利要求7所述的移动机器人用制约系统，其特征在于：所述第一接收器包括三个红外信号接收管，每个红外信号接收管的接收角度为120°以形成360°全方位接收范围。

9.如权利要求8所述的移动机器人制约系统，其特征在于：所述移动机器人根据三个红外信号接收管是否接收到制约信号选择不同的运动方式。

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