CN102591345B

CN102591345B - 多颜色背景下机器人光电循迹系统及方法

Info

Publication number: CN102591345B
Application number: CN201210058841.9A
Authority: CN
Inventors: 何用辉; 林丰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-03-07
Filing date: 2012-03-07
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2032-03-07
Also published as: CN102591345A

Abstract

本发明公开一种多颜色背景下机器人光电循迹系统，用于具有多种颜色背景的循迹场地，包括多颜色光电传感器、轮循控制器、处理器，利用在同一循迹位置，不同颜色LED反射光强度不同，从而判断出机器人所处位置。本发明提供的机器人光电循迹系统，可以根据场地颜色的变化更换成相应颜色的LED灯，从而适应不同颜色的场地需求，实现在不同颜色区域的循迹，有效扩大光电循迹机器人的应用范围，且由于采用高速嵌入式单片机，可以在极短的时间内轮循扫描各种颜色的LED并做处理分析，判断出所在循迹线，促使机器人能够高速连续的运行。

Description

多颜色背景下机器人光电循迹系统及方法

技术领域

本发明涉及机器人循迹系统，尤其是一张多颜色背景下机器人光电循迹系统。

背景技术

机器人循迹系统实际上就是机器人路径识别系统，是循迹机器人系统的关键技术之一。光电循迹传感器作为机器人光电循迹系统的重要组成部分，其现有技术实现和产品主要有两种类型。

一种类型的传感器为采用发光管发射(例如红外线)聚集的循迹光线照射到循迹场地上，通过对应的光电接收管是否接收到场地上反射光情况，由接收管后续处理电路输出信号的高低电平状态来反映所处循线位置。目前采用这类光电循迹传感器的循迹系统对循迹场地背景颜色和循迹线颜色要求对比分明(如：黑色为底、白色为循迹引导线)，能产生足够大差异的发射光，促使系统易于分辨，以此获得尽可能的稳定信号。

另一种类型的传感器为采用高亮发光管发射聚集的循迹光线照射到循迹场地上，通过对应的光敏电阻来感应场地上反射光的强弱，由光敏电阻后续处理电路输出电压信号的大小值来反映所处循线位置。目前采用这种类型光电循迹传感器的循迹系统对循迹场地背景颜色和循迹线颜色对比度要求较高，-对多种颜色的可识别性比较差，如白色LED灯发光，对红蓝颜色场地所输出的模拟输出电压信号差异比较小，不易识别。在场地简单的颜色状态下能产生一定差异的模拟输出电压信号方可稳定使用。

综上，现有的机器人光电循迹系统技术存在以下缺点：

1、对循迹线颜色要求对比分明，适应场合单一。

2、易受干扰，灵敏度低。

3、不适应多颜色复杂背景环境，无法实现多颜色区域循迹应用。

发明内容

为解决上述缺点，本发明的目的是提供一种多颜色背景下机器人光电循迹系统，适应多种颜色循迹位置的环境下运行，有效扩大光电循迹机器人的应用范围。

为达到上述发明目的，本发明提供一种多颜色背景下机器人光电循迹系统，用于具有多种颜色背景的循迹场地，其特征在于，包括多颜色光电传感器、轮循控制器、处理器，所述多颜色光电传感器包括多颜色LED灯、光敏电阻、分压电阻，其中，

在同一循迹位置，所述轮循控制器根据所述处理器的指令控制所述多颜色LED灯中的任一种颜色的LED依次发光，同时其余的LED处于熄灭状态；

循迹位置对LED发出的光产生反射，光敏电阻根据感应反射光的强度引起自身阻值的变化，通过串联的分压电阻使得光敏电阻值变化转换为电压的变化；

处理器采集该电压的值，并记录为对应该颜色LED灯的检测信号；

在至少循环一周后，处理器对采集到的检测信号进行比较，其中检测信号值最小的所对应的LED发光的颜色即为循迹位置的颜色。

较佳的，所述循迹位置为循迹线，所述循迹场地具有多条循迹线，所述循迹线的颜色不同于由该循迹线围成的场地颜色。

较佳的，所述轮循控制器包括译码驱动器，用以接收所述处理器发出的控制信号，从而控制多颜色LED灯的周期性发光。

较佳的，所述多颜色LED以一定倾斜角均匀环绕于光敏电阻的周围，每个LED灯光线照射于同一循迹位置。

较佳的，所述处理器采用高速嵌入式单片机，在同一循迹位置至少进行一次的轮循检测。

为解决上述问题，本发明还公开一种多颜色背景下机器人光电循迹方法，用于机器人光电循迹系统，该系统所在的循迹场地具有多种颜色背景，其特征在于，该系统包括多颜色光电传感器、轮循控制器、处理器，所述多颜色光电传感器包括多颜色LED灯、光敏电阻、分压电阻，其中，该方法包括以下步骤：

(1)所述轮循控制器根据所述处理器的指令控制所述多颜色LED灯中的一种颜色的LED发光，同时其余的LED处于熄灭状态；

(2)循迹位置对LED发出的光产生反射，光敏电阻根据感应反射光的强度引起自身阻值的变化，通过串联的分压电阻使得光敏电阻值变化转换为电压的变化；

(3)处理器采集该电压的值，并记录为对应该颜色LED灯的检测信号；

(4)在同一循迹位置，重复上述步骤(1)～(3)，在循环完至少一周后，处理器对采集到的检测信号进行比较，其中检测信号值最小的所对应的LED发光的颜色即为循迹位置的颜色。

较佳的，所述多颜色LED均匀环绕于光敏电阻的周围，每个LED灯光线照射于同一循迹位置。

有益效果：

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

由于光电传感器包括多颜色LED灯，在同一循迹位置进行至少一次的轮循检测，故本发明的机器人循迹系统可以在具有多种颜色循迹场地的环境下运行，实现在不同颜色区域的循迹，有效扩大光电循迹机器人的应用范围；

处理器以轮循扫描控制LED工作方式，获取循迹点的检测信息并进行分析处理，稳定性更高。

附图说明

图1为本发明实施例的多颜色背景下机器人光电循迹系统原理结构图；

图2为本发明实施例的多颜色背景下机器人光电循迹方法流程图；

图3为本发明实施例的循迹场地示意图；

图4为本发明实施例的多颜色光电传感器的结构示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1，为本发明实施例的多颜色背景下机器人光电循迹系统原理结构图。该机器人光电循迹系统，用于具有多种颜色背景的循迹场地，包括多颜色光电传感器、轮循控制器、处理器，所述多颜色光电传感器包括多颜色LED灯、光敏电阻、分压电阻，其中，在同一循迹位置，所述轮循控制器根据所述处理器的指令控制所述多颜色LED灯中的任一种颜色的LED依次发光，同时其余的LED处于熄灭状态；循迹位置对LED发出的光产生反射，利用不同颜色的光射到地面上反射强度的不同，光敏电阻根据感应反射光的强度引起自身阻值的变化，通过串联的分压电阻使得光敏电阻值变化转换为电压的变化；处理器采集该电压的值，并记录为对应该颜色LED灯的检测信号；在至少循环一周后，处理器对采集到的检测信号进行比较，当循迹位置的颜色与LED灯中某一颜色相同或最接近时，反射光强度最强，此时光敏电阻阻值最小，由图1的光敏电阻和分压电阻的串联关系，此时的电压最小，即检测信号值最小的所对应的LED发光的颜色即为循迹位置的颜色。

请参阅图2，为本发明实施例的多颜色背景下机器人光电循迹方法流程图，用于上述的机器人光电循迹系统。该方法包括以下步骤：

(1)轮循控制器根据所述处理器的指令控制所述多颜色LED灯中的一种颜色的LED发光，同时其余的LED处于熄灭状态；

作为一实施例，上述的处理器采用高速嵌入式单片机，在同一循迹位置至少进行一次的轮循检测。由单片机发出高低电平制轮循控制器，所述轮循控制器包括译码驱动器，用以接收所述处理器发出的控制信号，使得译码驱动器的片选信号输出端只有一个口处于高电平状态，其余端口为低电平，即只有高电平信号端的LED灯发光，其他端口的灯熄灭，从而控制多颜色LED灯的周期性发光。

上述单片机其中两个输出口，分别输出高低电平，即组合成(00、01、10、11)四种形式，依次输入到译码器；当输入00信号到译码器中，译码驱动器选出其中的一个输出口作为有效输出口，输出高电平导通一个LED；此时循迹位置对LED所发的光产生反射，光敏电阻根据感应反射光的强弱引起自身电阻值的变化，通过串联的分压电阻使得光敏电阻值变化转换为电压的变化，单片机采集了该电压的值，并进行A/D转换，再记录该对应该颜色的检测信号；紧接着单片机将01信号输入到译码器中，译码驱动器选出其中的另一个输出口作为有效输出口，输出高电平导通另一个LED，并记录为对应该颜色的检测信号，依次循环一个周期。

作为一实施例，可以采用ARM系列的单片机，该系列单片机晶振为10MHz，单片机的1个机器周期的时间为1.2微秒，即在一个循迹点上的工作时间大约为100毫秒左右。假设机器人的运行速度为1cm/s。在1cm的行程内单片机可采集了10次，即在1cm的行程内形成了10循迹点，有这么多的循迹点完全可以保证机器人稳定的运行。

采用高速嵌入式单片机，可以在极短的时间内轮循扫描各种颜色的LED并做处理分析，判断出所在循迹线，促使机器人能够高速连续的运行。

为了保证机器人系统判断的准确性，当然也可以根据实际情况，提高单片机晶振的数据，从而提高单片机的计算速度；或者通过降低机器人的运行速度来调机器人运行的稳定性。

作为一实施例，上述循迹位置为循迹线，所述循迹场地具有多条循迹线，所述循迹线的颜色不同于由该循迹线围成的场地颜色。

请参考图3，为本发明实施例的循迹场地示意图。场地由多条循迹线围成，循迹线将场地分割成多个单元格，其中任一单元格的背景颜色与其周围循迹线颜色是不同的。机器人沿着循迹线的位置运动，假设机器人现处于红色循迹线上，红色LED灯反射光最强，对应的电压最小，从而判断出机器人位于红色循迹线上。

请参考图4，为本发明实施例的多颜色光电传感器的结构示意图。采用多种颜色的高亮LED灯以一定的倾斜角均匀紧密环绕布局于光敏电阻的四周，确保每个LED聚集光线照射于机器人循迹场地同一位置。这样，光敏电阻可实现同一循迹位置上不同颜色LED工作状态下场地信息的感应检测。倾斜角的范围一般在155°175°之间，但具体情况需要根据实际使用时传感器安装的高度不同进行调节角度，使光敏电阻处于最适合感光的位置。

本发明提供的机器人光电循迹系统，可以根据场地颜色的变化更换成相应颜色的LED灯，从而适应不同颜色的场地需求，实现在不同颜色区域的循迹，有效扩大光电循迹机器人的应用范围，且由于采用高速嵌入式单片机，可以在极短的时间内轮循扫描各种颜色的LED并做处理分析，判断出所在循迹线，促使机器人能够高速连续的运行。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种多颜色背景下机器人光电循迹系统，用于具有多种颜色背景的循迹场地，其特征在于，它包括多颜色光电传感器、轮循控制器及处理器；所述多颜色光电传感器包括多颜色LED灯、光敏电阻、分压电阻，其中，

2.根据权利要求1所述的多颜色背景下机器人光电循迹系统，其特征在于，所述循迹位置为循迹线，所述循迹场地具有多条循迹线，所述循迹线的颜色不同于由该循迹线围成的场地颜色。

3.根据权利要求1或2所述的多颜色背景下机器人光电循迹系统，其特征在于，所述轮循控制器包括译码驱动器，用以接收所述处理器发出的控制信号，从而控制多颜色LED灯的周期性发光。

4.根据权利要求1或2所述的多颜色背景下机器人光电循迹系统，其特征在于，所述多颜色LED均匀环绕于光敏电阻的周围，每个LED灯光线照射于同一循迹位置。

5.根据权利要求1或2所述的多颜色背景下机器人光电循迹系统，其特征在于，所述处理器采用高速嵌入式单片机，在同一循迹位置至少进行一次的轮循检测。

6.一种多颜色背景下机器人光电循迹方法，用于上述权利要求1-5任意一项机器人光电循迹系统，该系统所在的循迹场地具有多种颜色背景，其特征在于，该系统包括多颜色光电传感器、轮循控制器、处理器，所述多颜色光电传感器包括多颜色LED灯、光敏电阻、分压电阻，其中，该方法包括以下步骤：

（1）轮循控制器根据所述处理器的指令控制所述多颜色LED灯中的一种颜色的LED发光，同时其余的LED处于熄灭状态；

（2）循迹位置对LED发出的光产生反射，光敏电阻根据感应反射光的强度引起自身阻值的变化，通过串联的分压电阻使得光敏电阻值变化转换为电压的变化；

（3）处理器采集该电压的值，并记录为对应该颜色LED灯的检测信号；

（4）在同一循迹位置，重复上述步骤（1）～（3），在循环完至少一周后，处理器对采集到的检测信号进行比较，其中检测信号值最小的所对应的LED发光的颜色即为循迹位置的颜色。

7.根据权利要求6所述的多颜色背景下机器人光电循迹方法，其特征在于，所述循迹位置为循迹线，所述循迹场地具有多条循迹线，所述循迹线的颜色不同于由该循迹线围成的场地颜色。

8.根据权利要求6或7所述的多颜色背景下机器人光电循迹方法，其特征在于，所述轮循控制器包括译码驱动器，用以接收所述处理器发出的控制信号，从而控制多颜色LED灯的周期性发光。

9.根据权利要求6或7所述的多颜色背景下机器人光电循迹方法，其特征在于，所述多颜色LED均匀环绕于光敏电阻的周围，每个LED灯光线照射于同一循迹位置。

10.根据权利要求6或7所述的多颜色背景下机器人光电循迹方法，其特征在于，所述处理器采用高速嵌入式单片机，在同一循迹位置至少进行一次的轮循检测。