CN102298388A - 一种用于移动机器人的制约系统 - Google Patents

Abstract

一种用于移动机器人的制约系统，包括移动机器人和制约装置，其特征在于：所述制约装置为带有特定图案的标志物，所述特定图案为两组分别平行且呈一定角度排列的带条，所述移动机器人上安装有用于读取标志物上特定图案的图像传感单元，所述移动机器人在图像传感单元检测到特定图案后执行一算法使其回避该标志物。由于本发明制约系统中的标志物不需要持续提供电能，因此具有节能环保的优点，此外，本发明制约系统的实施成本较低。

Description

一种用于移动机器人的制约系统

技术领域

本发明涉及移动机器人的控制领域，特别是将移动机器人限制在指定区域内进行工作的制约系统。

背景技术

随着科技进步及机器人技术发展，在各领域出现了多种取代人工劳动的移动机器人。在现有技术中，考虑到安全因素或工作效率，有时候需要将移动机器人限制在特定区域内进行工作，如家用清洁机器人和安防巡逻机器人。因此，有必要提供一种将移动机器人限制在一定区域内进行工作的制约系统。

对此，中国专利申请号为CN03103501.9中的专利文献中揭示了一种用于机器人的定位和制约的方法系统，通过提供一个便携式障碍信号传送器沿一轴发射红外信号，形成一个“虚拟墙”，移动机器人在接收到该信号后执行回避该“虚拟墙”的动作，从而达到制约效果。然而该技术方案存在以下缺陷：第一，便携式信号障碍传送器一直发射红外信号，需要提供持续电源，不符合现代的节能环保概念；第二，便携式信号障碍传送器的红外信号会受到环境的影响，如太阳光或发射光过于强烈时，其制约效果不理想。

针对专利CN03103501.9的缺陷，中国专利号为CN200910028255.8中的专利申请文献中揭示了另外一种方案，通过在移动机器人工作区域的地面上铺设感应条，在移动机器人底部上安装接近感应开关，当移动机器人靠近感应条时，通过触发接近感应开关使移动机器人执行回避感应条的动作，进而达到制约效果。但该技术方案较为复杂，其实现成本也较高。

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缺陷，提供一种节能环保、有效制约且成本较低的用于移动机器人的制约系统。

为了达到以上目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种用于移动机器人的制约系统，包括移动机器人和制约装置，所述制约装置为带有特定图案的标志物，所述特定图案为两组分别平行且呈一定角度排列的带条，所述移动机器人上安装有用于读取标志物上特定图案的图像传感单元，所述移动机器人在图像传感单元检测到特定图案后执行一算法使其回避该标志物。

在本发明的其中一个优化方案中，所述带条的宽度是相同的。

进一步地，所述带条之间的间距是相同的。

进一步地，所述带条之间的间距是呈周期性变化的。

为了减少图像传感单元对标志物的误判率，在本发明的另一个优化方案中，所述带条的宽度是呈周期性变化的。

进一步地，所述带条之间的间距是相同的。

进一步地，所述带条之间的间距是呈周期性变化的。

本发明的两组分别平行的带条之间的夹角范围为15°～90°，优选方案为60°。

本发明中的图像扫描单元使用一维激光扫描头。

本发明中的图像扫描单元的芯片采用ST公司的STM32F100V8，一维激光扫描头采用HONEYWEEL公司的IS4813。

对比现有技术，本发明揭示的用于移动机器人的制约系统的有益效果如下：

本发明用于移动机器人的制约系统的制约装置为带有特定图案的标志物，通过安装在移动机器人上的图像传感单元识别标志物上的特定图案，然后使移动机器人回避该标志物。由于标志物不需要持续提供电能，因此具有节能环保的优点，此外，本发明制约系统的实施成本较低。

附图说明

图1是标志物只采用一组平行带条的示意图；

图2是本发明第一实施例中的标志物上的特定图案的示意图；

图3是图像传感单元对图2中的特定图案扫描后的输出状态图；

图4是本发明第二实施例中的标志物上的特定图案的示意图；

图5是图像传感单元对图4中的特定图案扫描后的输出状态图。

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用于移动机器人的制约系统进行进一步详细说明。

本发明用于移动机器人的制约系统包括移动机器人以及制约装置，其中，制约装置为带有特定图案的标志物，其中，特定图案为两组分别平行且呈一定角度排列的带条，移动机器人上安装有用于识别标志物上特定图案的图像传感单元。

下面将说明特定图案不采用一组平行带条的原因：

请参考图1，当图像传感单元沿着箭头方向，也就是与带条大致平行方向扫描时，图像传感单元无法获取相关信息或获取不完全的信息，不会对移动机器人的控制系统发送相关指令，从而不能达到预期的制约效果。

在接下来描述的两个实施例中，图像扫描单元的芯片采用ST公司的STM32F100V8以及一维激光扫描头，其中，一维激光扫描头可采用HONEYWEEL公司生产的激光扫描头IS4813。

实施例1

请参考图2，本实施例中的标志物的特定图案为两组分别平行的带条，两组带条两端相连而不交叉，上下两条带条之间存在一定夹角，该夹角的优选范围为15°～90°，带条的颜色为黑色，带条之间为白色，当然，也可用其他颜色进行替换。本实施例中的黑色带条的宽为1mm，长为20mm，相邻两条黑色带条之间的距离为2mm，夹角为60°。当激光扫描头以任意角度扫描图案时，如图2中的随机扫描的方向A、方向B以及方向C所示，激光扫描头的扫描线与两组带条总会相交，这样激光扫描头在扫描图案时至少能够扫到4条等距离的黑色带条。

当激光扫描头在扫描图2中的特定图案时，根据被扫描的图案上的明暗状态输出高低不同的状态，其输出状态图如图3所示，移动机器人在激光扫描头扫描到4条或者以上的黑色带条时判定为检测到特定图案，然后通过一算法执行转向、后退等动作以回避标志物。

通过调整黑色带条的长度以及角度，可以调整激光扫描头扫描到的黑色带条的数量。受限于不同激光扫描头的性能，可以这样认为，黑色带条的宽度与间距对于激光扫描头能够识别的范围都是可行的。

为了达到更好的抗干扰效果，黑色带条之间的间距可呈周期性变化。

本实施例中的移动机器人在激光扫描头扫描到4条或者以上的黑色带条时判定为检测到图案，此判定条件是为了使移动机器人具有一定的抗干扰能力而设定的。对于在没有干扰的情况下，也可以将判定条件修改为“扫描到2条或者以上的黑色带条时判定为检测到图案”，更改判断条件对于系统功能没有影响。

实施例2

请参考图4、图5为本发明的又一实施例，本实施例中的制约装置抗干扰能力更强，误判率更低，其与实施例1中的方案大体相同，不同的地方在于：

本实施例中的黑色带条以1.2mm、1mm、0.8mm、0.6mm的宽度循环变化，移动机器人在随机方向A’、方向B’以及方向C’任意一个方向进行扫描时至少能扫描到一个包含以下四种宽度的黑色条纹的信号，这四种黑色带条的顺序是：1.2mm-1mm-0.8mm-0.6mm、1mm-0.8mm-0.6mm-1.2mm、0.8mm-0.6mm-1.2mm-1mm、0.6mm-1.2mm-1mm-0.8mm，这四种宽度的黑色带条经激光扫描头扫描后形成相应比例的数据，移动机器人在激光扫描头扫描到其中一个包含这样特征的信号后判定为检测到图案，然后通过一算法执行转向、后退等动作以回避标志物。

同样的，为了达到更好的抗干扰效果，黑色带条之间的间距可呈周期性变化。

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 (10)

1.一种用于移动机器人的制约系统，包括移动机器人和制约装置，其特征在于：所述制约装置为带有特定图案的标志物，所述特定图案为两组分别平行且呈一定角度排列的带条，所述移动机器人上安装有用于读取标志物上特定图案的图像传感单元，所述移动机器人在图像传感单元检测到特定图案后执行一算法使其回避该标志物。

2.如权利要求1所述的用于移动机器人的制约系统，其特征在于：所述带条的宽度是相同的。

3.如权利要求2所述的用于移动机器人的制约系统，其特征在于：所述带条之间的间距是相同的。

4.如权利要求2所述的用于移动机器人的制约系统，其特征在于：所述带条之间的间距是呈周期性变化的。

5.如权利要求1所述的用于移动机器人的制约系统，其特征在于：所述带条的宽度是呈周期性变化的。

6.如权利要求5所述的用于移动机器人的制约系统，其特征在于：所述带条之间的间距是相同的。

7.如权利要求5所述的用于移动机器人的制约系统，其特征在于：所述带条之间的间距是呈周期性变化的。

8.如权利要求1至7任意一项所述的用于移动机器人的制约系统，其特征在于：所述两组分别平行的带条之间的夹角范围为15°～90°。

9.如权利要求8所述的用于移动机器人的制约系统，其特征在于：所述图像扫描单元使用一维激光扫描头。

10.如权利要求9所述的用于移动机器人的制约系统，其特征在于：所述图像扫描单元的芯片采用ST公司的STM32F100V8，一维激光扫描头采用HONEYWEEL公司的IS4813。

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