CN103809184A - 一种机器人定位系统及其反射装置的识别方法 - Google Patents

一种机器人定位系统及其反射装置的识别方法 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种机器人定位系统及其反射装置识别方法，包括可移动的机器人和至少两个反射装置，所述机器人具有激光发射装置和接收装置，所述反射装置能够反射接收到的激光，所述反射装置设有反光件，每个反射装置上的反光件数量不同；当激光发射装置发出的激光扫到任一反射装置时，激光接收装置每接收到该反射装置一次反射激光就输出一个信号；根据收到的信号数量机器人可直接确定当前扫描到的为哪个反射装置。本发明技术方案能够使机器人在移动过程中实时快速识别反射装置，从而利用反射装置来确定自身坐标位置，减轻了处理系统的运算负担，减小了机器人定位误差。

Description

一种机器人定位系统及其反射装置的识别方法
技术领域
本发明涉及一种机器人定位系统及其定位方法，特别涉及一种激光反射定位系统及其定位方法。
背景技术
现有技术中，存在多种方式来确定移动机器人在空间中移动时所在的位置，例如利用GPS定位，超声波或激光定位。激光定位系统通常在移动机器人上设置激光发射装置和激光接收装置，在机器人移动区域内设置多个激光反射装置，通过对已知坐标位置的激光反射装置来计算机器人在移动区域内的坐标位置，利用设置反射装置来确定移动机器人位置的定位系统，需要知道每个反射装置在坐标系中的坐标，同时将每个反射装置的坐标都存储在机器人的存储系统中，然后机器人在行驶过程中，通过关联已知坐标的反射装置，利用算法算出机器人在坐标系中的坐标位置，此种方法中，要让机器人能够识别相应的已知坐标的反射装置常见的是通过计算和比对来让机器人识别，这些计算和比对需要大量的运算和数据处理，例如专利号为ZL98810263.3的中国专利，其揭露了一种通过检测匿名反射器的角位来确定自动导向车辆的位置的方法，其比对角度值来识别反射器，此种方式同样需要大量的运算和数据处理，在实际运用时，程序设计会复杂，同时加重处理芯片的负担。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供了一种利用反射装置的机器人定位系统及该反射装置的识别方法，所述定位系统包括可移动的机器人和至少两个反射装置，所述机器人具有激光发射装置和接收装置，所述反射装置能够反射接收到的激光，所述反射装置设有反光件，每个反射装置上的反光件数量不同。
优选的，所述每个反射装置上的反光件间隔设置。
优选的，所述反射装置布置在机器人作业区域内或周边。
优选的，所述反射装置具有圆柱形主体，所述反光件环绕在所述主体表面。
优选的，所述激光发射装置发出的激光能够覆盖单个反射装置的所有反光件。
优选的，所述激光发射装置发出的激光在水平面周期性转动。
优选的，所述反光件的材料为玻璃微珠。
一种反射装置识别方法，包括可在作业区域内移动的机器人，所述作业区域内或者周边设有至少两个反射装置，每个反射装置上设有数量不同的反光件，每个反射装置具有的反光件数量都存储在机器人存储系统内，所述机器人上设有激光发射装置和接收装置，激光接收装置可接收所述反光件反射的激光，反射装置识别方法为：当激光发射装置发出的激光扫到任一反射装置时，激光接收装置每接收到该反射装置一次反射激光就输出一个信号；根据收到的信号数量机器人可直接确定当前扫描到的为哪个反射装置。
优选的，所述机器人根据收到的信号次数与存储系统中反光件数量比较，反射装置的反光件数目与信号次数匹配的，扫描到的即为该反射装置。
优选的，所述反射装置的坐标为已知，并存储在机器人存储系统内。
本发明技术方案能够使机器人在移动过程中实时快速识别反射装置，从而利用反射装置来确定自身坐标位置，减轻了处理系统的运算负担，减小了机器人定位误差。
附图说明
图1是本发明实施例机器人示意图。
图2是本发明实施例反射装置示意图。
图3是本发明实施例激光射向发射装置示意图。
图4是本发明实施例激光由反射装置反射后示意图。
图5是本发明实施例机器人定位系统示意图。
图6是本发明实施例机器人定位系统运作示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
本实施例的机器人定位系统包括一种可移动的自动割草机器人，其可对草坪自动进行割草处理。如图1所示，割草机器人100包括发出和接收信号的信号系统、进行运算判断的处理系统、使机器人移动的行走系统，机器人100包括车体1，车体1具有车轮或履带(图中未示出)，使机器人能够在地面上移动。车体1上设有信号系统2，其包括激光发射装置21和激光接收装置22，激光发射装置21能够绕垂直于车体的轴线在水平方向360°以一定的转速旋转，使得激光能够不断得向车体周围扫射，同时发射装置21发出的激光还能够在垂直于车体的竖直方向周期性摆动，使得激光在竖直平面内形成扇形扫面区域(如图3和4所示)。实现上述激光的扫射方式在现有技术中都有揭露，本领域技术人员可以采用现有技术而实现上述技术效果，例如美国专利US6556598B1中揭露了一种实现方式，使得激光能够同时在水平和竖直方向扫射。如图2所示，机器人定位系统还包括一种反射装置4，反射装置4能够将接收到的激光反射回去，定位系统包含若干个反射装置。反射装置4包括主体41和反射件42，主体41为圆柱体，本实施例中，所述反射件42为反射膜，反射膜42成条状，环绕设于主体41的表面，照射在反射膜上的激光能够被反射回去。反射装置4上可以具有不同数量的反射膜，相邻反射膜之间具有一定的间隔43。如图3和4所示，激光发射装置21发出的激光EL在竖直平面内形成一个扇形区域，当激光EL照射到反射装置4上时，反射膜42会将接收到的激光反射回去，形成反射光RL，因为图示反射装置4上设有5个反射膜42，因此形成5条反射光RL。因为间隔43不能反射激光，而激光EL是竖直方向周期性扫射的，因此激光接收装置22接收到5条反射光RL不是连续的，反射光RL之间具有一定的时间差，由此接收装置22可以通过接收到的发射光RL输出相应的信号，例如，收到一次反射光则输出一个高频信号，表示为“1”，则上述接收装置22收到反射光RL后输出信号中有5个“1”，也就是每个反光膜对应一个高频信号，定位系统中的每个反射装置设有数量不同的反射膜，因此每个反射装置反射的激光数量也不同，接收装置会输出不同的高频信号，机器人处理系统根据收到的高频信号数与存储系统内每个反射装置反射件数量对比就能判断这是哪个反射装置21。通过上述方式，机器人不用经过复杂的程序运算就能判断出当前扫描到的是哪个反射装置，使机器人判断更快速准确。上述方式只是描述了本发明的原理和一种实施方式，只要其是以每个反射装置不同的反射次数来实现让机器人判断识别的，都在本发明保护范围之内。
下面结合图5和图6描述本实施例机器人定位系统的定位方法，如图5所示，移动机器人位于作业区域内，在机器人周围设有5个反射装置，分别为M1、M2、M3、M4和M5，相应的M1具有1个反射膜42，M2具有2个反射膜42，M3具有3个反射膜，M4具有4个反射膜，M5具有5个反射膜。机器人车体1上的信号系统2发射和接收激光L。机器人所在二维坐标系的原点“0”是一固定点，通常可将机器人充电站所在位置设为“0”点，Y轴方向为地磁场N极方向，垂直于地磁场N极方向的为X轴，由此M1-M5的坐标分别可以表示为(X1，Y1)、(X2，Y2)、(X3，Y3)、(X4，Y4)和(X5，Y5)。上述M1-M5的坐标为已知，被存储在机器人的存储系统内，同时，反射装置M1-M5的反光膜数量也存储在存储系统内。测量M1-M5坐标的方法有多种，现有技术中，如专利EP1450228B1揭露了一种确定反射装置坐标的方法，在此不再赘述。机器人1还具有地磁装置，其可以实时感应地磁场方向，同时测出机器人运动方向与地磁N极的夹角角度。所述机器人1设有旋转编码器，其可测出激光方向与机器人运动方向的夹角角度。本实施例机器人自主移动过程中的定位方法如下，机器人在往C方向移动，在位置P时，假设P点坐标为(X，Y)，此时激光接收装置22收到反射装置M2和M5反射回的激光L2和L5(由于激光速度极快，发射光和反射光线之间的角度差忽略不计)，地磁装置测得C方向和N极的夹角为α，旋转编码器测得激光L2和C方向的夹角为γ，L5和C方向的夹角为β。如前所述，接收装置42接收到L2时输出信号中有两个高频信号，接收到L5时输出信号中有五个高频信号，处理系统根据得到的高频信号数与存储系统内的数据比对就能确定扫描到的反射装置为M2和M5，则关联M2和M5即能让机器人知道M2和M5的坐标值。通过上述测得的量，根据方程组 X 2 - X Y 2 - Y = tan ( α + γ ) X 5 - X Y 5 - Y = tan ( α + β ) 计算出P点坐标(X，Y)。
本发明技术方案能够使机器人在移动过程中实时快速识别反射装置，从而利用反射装置来确定自身坐标位置，减轻了处理系统的运算负担，减小了机器人定位误差。上述实施例使用激光作为信号源，当然本领域技术人员可以想到的，利用其他光信号或者声波信号，只要能够实现反射，都能作为信号源。因此，只要不脱离本发明的技术核心，只对相关技术特征做等同替换的，都在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种机器人定位系统，包括可移动的机器人和至少两个反射装置，所述机器人具有激光发射装置和接收装置，所述反射装置能够反射接收到的激光，其特征在于：所述反射装置设有反光件，每个反射装置上的反光件数量不同。
2.如权利要求1所述的机器人定位系统，其特征在于：所述每个反射装置上的反光件间隔设置。
3.如权利要求1所述的机器人定位系统，其特征在于：所述反射装置布置在机器人作业区域内或周边。
4.如权利要求1所述的机器人定位系统，其特征在于：所述反射装置具有圆柱形主体，所述反光件环绕在所述主体表面。
5.如权利要求1所述的机器人定位系统，其特征在于：所述激光发射装置发出的激光能够覆盖单个反射装置的所有反光件。
6.如权利要求1所述的机器人定位系统，其特征在于：所述激光发射装置发出的激光在水平面周期性转动。
7.如权利要求1至6中任一权利要求所述的机器人定位系统，其特征在于：所述反光件的材料为玻璃微珠。
8.一种反射装置识别方法，包括可在作业区域内移动的机器人，所述作业区域内或者周边设有至少两个反射装置，每个反射装置上设有数量不同的反光件，每个反射装置具有的反光件数量都存储在机器人存储系统内，所述机器人上设有激光发射装置和接收装置，激光接收装置可接收所述反光件反射的激光，反射装置识别方法为：当激光发射装置发出的激光扫到任一反射装置时，激光接收装置每接收到该反射装置一次反射激光就输出一个信号：根据收到的信号数量机器人可直接确定当前扫描到的为哪个反射装置。
9.如权利要求7所述的反射装置识别方法，其特征在于：机器人根据收到的信号次数与存储系统中反光件数量比较，反射装置的反光件数目与信号次数匹配的，扫描到的即为该反射装置。
10.如权利要求7所述的反射装置识别方法，其特征在于：所述反射装置的坐标为已知，并存储在机器人存储系统内。
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