CN102207543B - 一种用于自主移动设备的定位导航系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于自主移动设备的定位导航系统及方法，包括光信号发射装置、光信号接收装置。光信号发射装置分开布置，位置确定，应用时最少使用3个光信号发射装置，在移动设备上安装一套光信号接收装置，用来接收光信号发射装置所发射的光信号，通过光信号源相对移动设备的方位角来计算此移动设备的位置。此定位导航系统成本低，易于实现，可以克服目前自主移动设备比如机器人的定位导航系统精确度不高、成本高的缺陷。

Description

一种用于自主移动设备的定位导航系统及方法

技术领域

本发明涉及定位导航技术领域，具体为一种用于自主移动设备的定位导航系统及方法。

背景技术

自动化、智能化的自主移动设备比如机器人，在移动的过程中需要自主定位、导航。目前常见的导航方式有循线导航，即通过在地面设置导引线，通过光、磁、电场等方式的传感器来感应引导线而实现导航，缺点是使用这种技术的设备只能沿着线走，缺少灵活性；另外一种导航方式是惯性导航，通过陀螺仪和电子罗盘来实现导航，缺点是存在误差累积；还有一种导航方式是通过图像识别、图像匹配导航，此种方式对图像处理的器件和程序要求高，而且成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服循线导航不灵活、惯性导航误差累积、图像识别导航成本高的缺点，而提供一种灵活、工作效率高、成本低的用于自主移动设备的定位导航系统及方法。

本发明的技术方案是：一种用于自主移动设备的定位导航系统，包括光信号发射装置、接收光信号发射装置发射信号的光信号接收装置，其特征在于：

所述光信号发射装置设为3个或3个以上；

所述的光信号接收装置包括：滤光罩，将进入滤光罩的光信号向下反射的圆锥形全方位反射镜，设置在所述圆锥形全方位反射镜下方的凸透镜，接收光信号的感光阵列传感器及处理信号的电路板，所述感光阵列传感器及电路板设置在凸透镜的下方，所述圆锥形全方位反射镜及凸透镜设在滤光罩的内部。所述滤光罩可以滤掉不需要的杂乱光线，但允许所述的光信号发射装置发射的光信号通过。

所述滤光罩上设有环形滤光片，可以360度接收周围的光信号。

所述的光信号发射装置包括壳体、控制光信号发射装置运行的开关、电池仓、发射灯和用于驱动所述发射灯的发射电路板，所述电池仓设置在壳体内部，所述开关设置在壳体的外壁，控制发射装置的开启、关闭和调节发射功率的大小。

所述圆锥形全方位反射镜与所述凸透镜水平放置，圆锥形全方位反射镜的顶点垂直向下，所述圆锥形全方位反射镜顶点、凸透镜的圆心及感光阵列传感器的几何中心在竖直方向上重合。

所述圆锥形全方位反射镜的顶点水平高度不高于所述环形滤光片的下缘高度。

一种用于自主移动设备的定位导航系统的定位导航方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）、建立一个包括3个或3个以上光信号发射装置的光信号发射装置组，将光信号发射装置分开布置，确定每个光信号发射装置的位置，测定出其相互之间的距离，组成一个确定的坐标系；

2）、将光信号接收装置安装在自主移动设备上，接收来自上述光信号发射装置发射的光信号；

3）、开启光信号发射装置，并调节发射功率的大小；

4）、圆锥形全方位反射镜将通过滤光罩的光线反射至锥尖方向，所述凸透镜将反射过来的光线聚焦投影到下方的感光阵列传感器上，电路板将感光阵列传感器的信号处理并输出，自主移动设备上的控制系统读取该输出信号并计算得出自身的位置参数。

与现有的技术相比，本发明的优点是根据平面上多个参照点的相对角度来实现定位，系统结构简单，数据精确，由于能同时接收周围360°的光线，所以处理速度快，由于没有旋转零件，所以可靠性高，在覆盖范围内移动设备可以自由活动并定位导航。

附图说明

图1为本发明的系统组成示意图；

图2为本发明的光信号发射装置示意图；

图3为本发明的光信号接收装置示意图；

图4为本发明的光信号接收装置结构示意图；

图5为本发明的光信号接收装置工作原理示意图。

具体实施方式

    为了使本发明的技术方案及技术目的更易于理解，下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细描述。

    如图1所示，一种用于自主移动设备的定位导航系统，它包括3个光信号发射装置10和1个光信号接收装置20。光信号发射装置10分开布置，并且位置确定，距离已知，则可以组成一个确定的坐标系。光信号接收装置20安装在自主移动设备上，接收来自这3个光信号发射装置10发射的光信号。光信号接收装置20可以测得3个光信号发射装置10的相对方位角，由于3个光信号发射装置10的位置距离是已知的，根据此位置距离和所测得的3个相对方位角就可以算出光信号接收装置20的位置坐标，也就是自主移动设备的位置坐标。

   如图2所示，光信号发射装置10由壳体11、开关12、发射窗口13以及安装于壳体11内的电池仓、发射电路板、安装于发射窗口13内的发射灯组成。发射电路板用于驱动发射灯，开关12设置在壳体11外壁，用于开启、关闭光信号发射装置10，并调节发射功率大小。

   如图3、图4所示，光信号接收装置20由滤光罩21、环形滤光片22、圆锥形全方位反射镜23、透镜24、感光阵列传感器25、电路板26组成。滤光罩21上有环形的滤光片22，能过滤掉不需要的杂乱光线，但允许光信号发射装置10发射的光信号通过。所述圆锥形全方位反射镜23、凸透镜24、感光阵列传感器25及电路板26由上至下依次设置，所述圆锥形全方位反射镜23及凸透镜24水平设置在滤光罩21的内部。如图5所示，圆锥形全方位反射镜23将通过滤光罩21的光线反射至锥尖方向，凸透镜24将圆锥形全方位反射镜23反射过来的光线聚焦投影到下方的感光阵列传感器25上，电路板26将感光阵列传感器25的信号处理并输出。自主移动设备上的控制系统可读取该信号并计算得出自身的位置参数。光信号接收装置20接收光线、滤光、反射、聚焦投影的过程如图5所示。

   在具体实施中，光信号发射装置10的数量至少为3个，光信号接收装置20可以是1个也可以是多个，意即本系统可以给1台自主移动设备定位导航，也可以给多台自主移动设备同时定位导航。

以上已以较佳实施例公开了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采用等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于自主移动设备的定位导航系统，包括光信号发射装置（10）、接收光信号发射装置（10）发射信号的光信号接收装置（20），其特征在于：

所述光信号发射装置（10）设为3个或3个以上；

所述的光信号接收装置（20）安装在所述自主移动设备上，所述光信号接收装置（20）包括：滤光罩（21），将进入滤光罩（21）的光信号向下反射的圆锥形全方位反射镜（23），设置在所述圆锥形全方位反射镜（23）下方的凸透镜（24），接收光信号的感光阵列传感器（25）及处理信号的电路板（26），所述感光阵列传感器（25）及电路板（26）设置在凸透镜（24）的下方，所述圆锥形全方位反射镜（23）及凸透镜（24）设在滤光罩（21）的内部，所述的滤光罩（21）上设有环形滤光片（22）；

所述圆锥形全方位反射镜（23）与所述凸透镜（24）水平放置，圆锥形全方位反射镜（23）的顶点垂直向下，所述圆锥形全方位反射镜（23）顶点、凸透镜（24）的圆心及感光阵列传感器（25）的几何中心在竖直方向上重合。

2.根据权利要求1所述的一种用于自主移动设备的定位导航系统，其特征在于：所述的光信号发射装置（10）包括壳体（11）、控制光信号发射装置（10）运行状态的开关（12）、电池仓、发射灯和用于驱动所述发射灯的发射电路板，所述电池仓设置在壳体（11）内部，所述开关（12）设置在壳体（11）的外壁上。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于自主移动设备的定位导航系统，其特征在于：所述圆锥形全方位反射镜（23）顶点的水平高度不高于所述环形滤光片（22）的下缘高度。

4.一种用于自主移动设备的定位导航系统的定位导航方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）、建立一个包括3个或3个以上光信号发射装置（10）的光信号发射装置组，将光信号发射装置（10）分开布置，确定每个光信号发射装置（10）的位置，测定出其相互之间的距离，组成一个确定的坐标系；

2）、将光信号接收装置（20）安装在自主移动设备上，接收来自上述光信号发射装置（10）发射的光信号；

3）、开启光信号发射装置（10），并调节发射功率的大小；

4）、所述光信号接收装置（20）包括：滤光罩（21），将进入滤光罩（21）的光信号向下反射的圆锥形全方位反射镜（23），设置在所述圆锥形全方位反射镜（23）下方的凸透镜（24），接收光信号的感光阵列传感器（25）及处理信号的电路板（26），所述感光阵列传感器（25）及电路板（26）设置在凸透镜（24）的下方，所述圆锥形全方位反射镜（23）及凸透镜（24）设在滤光罩（21）的内部，所述的滤光罩（21）上设有环形滤光片（22）；

所述圆锥形全方位反射镜（23）与所述凸透镜（24）水平放置，圆锥形全方位反射镜（23）的顶点垂直向下，所述圆锥形全方位反射镜（23）顶点、凸透镜（24）的圆心及感光阵列传感器（25）的几何中心在竖直方向上重合；

圆锥形全方位反射镜（23）将通过滤光罩（21）的光信号反射至锥尖方向，凸透镜（24）将反射过来的光线聚焦投影到下方的感光阵列传感器（25）上，电路板（26）将感光阵列传感器（25）的信号处理并输出，自主移动设备上的控制系统读取该输出信号并计算得出自身的位置参数。

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