CN104029207B - 自移动机器人激光引导行走作业系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种自移动机器人激光引导行走作业系统，包含自移动机器人（10）和激光束发射器（20），自移动机器人机体（11）上设有控制机构（12）和行走机构（13），激光束发射器设置在自移动机器人作业区域的边缘，机体上对应设有激光接收器（15）；控制机构控制行走机构使自移动机器人在作业区域内按照激光束发射器发射的激光束信号所引导的直线路径行走作业；该系统的控制方法为：设置在自移动机器人作业区域边缘的激光束发射器发射激光信号；自移动机器人的机体上对应设有激光接收器，激光接收器接收到激光信号，按照激光信号的引导，自移动机器人的控制机构通过控制其行走机构，在作业区域内沿直线路径行走作业。本发明可远距离控制机器人，工作效率高。

Description

自移动机器人激光引导行走作业系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种自移动机器人激光引导行走作业系统及其控制方法，属于小家电制造技术领域。

背景技术

现有的擦玻璃机器人都是依靠履带或轮子来完成机身在垂直玻璃表面上移动动作的。目前控制擦玻璃机器人运动的方法主要包括两种：方法一：绳索牵引擦玻璃机器人竖直运动。如：授权公告号为CN201482774U的实用新型专利所公开的内容，将卷扬机设置在待清洁玻璃或墙体顶端，绳索的一端与卷扬机相连，另一端则与擦玻璃机器人的顶端相连，通过卷扬机旋转实现绳索的收放，从而带动擦玻璃机器人上、下竖直运动。在上述的方法一中，卷扬机通过绳索控制机器人运动，需要各种机构的配合，导致卷扬机结构复杂，给安装和移动带来不便。另外，该机构只能实现机器人的竖直运动，对机器人的水平运动控制有一定的约束性。方法二：通过加速度传感器控制擦玻璃机器人的水平或竖直运动。为了提高现有擦玻璃机器人的清洁效率，现有的另一种方法是将机器人的运动轨迹规划为水平和垂直两种运动方式的组合。具体来说，将加速度传感器安装在擦玻璃机器人上，并与控制单元相连，通过加速度传感器检测机器人的运动状态，同时将检测结果反馈给控制单元，如果出现倾斜或偏离预定路线由控制单元发出指令进行相应的调整。在方法二中，擦玻璃机器人的水平和垂直状态都是通过加速度传感器等电子元器件检测确定的。然而，电子元器件长时间工作存在一定的累积误差，有可能当机器人已经偏离原规划路径方向的时候，加速度传感器检测出来的结果仍然认为机器人还处于水平或竖直状态，从而使机器人不能完全按照规划好的路线行走，对机器人在玻璃面上的清洁率有较大影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种自移动机器人激光引导行走作业系统及其控制方法，利用了激光的聚光性能比较好的特性，通过对线激光束发射器和接收器的合理设置，采用线激光的激光束信号，既满足远距离导向的要求，又能使激光信号的接收非常方便，该系统结构紧凑，控制方法简单易行，能够在较远的距离控制自移动机器人以较小的直线误差直线运动，工作效率高。

本发明的所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：

一种自移动机器人激光引导行走作业系统，包含自移动机器人和激光束发射器，所述自移动机器人包括机体，机体上设有控制机构和行走机构，所述激光束发射器设置在自移动机器人作业区域的边缘，所述的机体上对应设有激光接收器；所述控制机构通过控制所述行走机构使自移动机器人在所述作业区域内按照激光束发射器发射的激光束信号所引导的直线路径行走作业。

所述激光束发射器设置在所述作业区域横向的边缘或纵向的边缘。

为了便于移动，所述的激光束发射器通过支架可移动设置在所述作业区域的边缘。

为了提高信号发送和接收的有效性，所述激光束发射器为线激光束发射器，其发射的激光信号为线激光束信号。

所述线激光束信号在垂直于所述作业区域的平面内覆盖。

为了便于控制，所述机体上设有边缘传感器和信号发生器，所述激光束发射器上对应设有信号接收器、控制单元和驱动装置；

自移动机器人运动到所述作业区域的边缘，所述边缘传感器检测到边缘信号后，所述控制机构控制机体上的信号发生器发出相应信号；激光束发射器上的信号接收器接收到所述相应信号后，所述控制单元控制驱动装置驱动所述激光束发射器平移。

为了便于自移动机器人高效的完成作业，所述激光束发射器的平移距离为自移动机器人机体的一个身位宽度。

根据需要，所述激光接收器设置在机体的顶部，仅包含设置在所述机体的中心位置的中心激光接收器；或者所述激光接收器设置在机体的顶部，包含设置在沿自移动机器人行走方向机体中心线上的中心激光接收器以及以该中心激光接收器对称设置的偏离激光接收器。所述中心激光接收器和偏离激光接收器在机体的顶部均布设置。

所述中心激光接收器和偏离激光接收器均为全向接收器，包括激光全向接收器盖和激光全向接收器座，所述激光全向接收器座的内表面为抛物线曲面，将各个不同方向射入的光线汇聚到设置在所述激光全向接收器座上的激光接收装置上。

另外，所述激光接收器还可以同时设置在机体的前部、后部和左右两侧，机体的前部和后部仅包括中心激光接收器，或者机体的前部和后部包括设置在中心的中心激光接收器和以该中心对称的偏离激光接收器。所述的机体前部、后部和左右两侧的激光接收器为单向激光接收器。

所述激光接收器为全向接收器，设置在机体顶部的中心。

所述的自移动机器人为擦玻璃机器人、地面清洁机器人或监控机器人。

一种自移动机器人激光引导行走作业系统的控制方法，该方法包括如下步骤：

步骤100：设置在自移动机器人作业区域边缘的激光束发射器在支架上的固定位置发射激光信号；

步骤200：自移动机器人的机体上对应设有激光接收器，激光接收器接收到激光信号，按照激光信号的引导，自移动机器人的控制机构通过控制其行走机构，在所述作业区域内沿直线路径行走作业。

所述步骤200具体包括：

步骤210：自移动机器人以所述作业区域的第一边缘为起始位置，按照激光束发射器所发出的激光信号的引导，沿所述作业区域的第二边缘，在纵向上朝第三边缘直线行走；

步骤220：自移动机器人运动到所述作业区域的第三边缘，所述边缘传感器检测到边缘信号后，所述控制机构控制机体上的信号发生器发出相应信号；激光束发射器上的信号接收器接收到所述相应信号后，所述控制单元控制驱动装置驱动所述激光束发射器沿所述支架，在横向上平移一段距离后停止；

步骤230：自移动机器人停止并原地转向90°，沿第三边缘在横向上对应平移一段距离，并判断是否碰到障碍物，若碰到障碍物则进入步骤270，否则自移动机器人继续平移，直到自移动机器人上的激光接收器再次接收到激光信号后，停止并原地转向90°；

步骤240：自移动机器人重新按照激光信号的引导，沿所述作业区域的第四边缘，在纵向上朝第一边缘直线行走；

步骤250：自移动机器人运动到所述作业区域的第一边缘，所述边缘传感器检测到边缘信号后，所述控制机构控制机体上的信号发生器发出相应信号；激光束发射器上的信号接收器接收到所述相应信号后，所述控制单元控制驱动装置驱动所述激光束发射器沿所述支架，在横向上平移一段距离后停止；

步骤260：自移动机器人停止并原地转向90°，沿第一边缘在横向上对应平移一段距离，并判断是否碰到障碍物，若碰到障碍物则进入步骤270，否则自移动机器人继续平移，直到自移动机器人上的激光接收器再次接收到激光信号后，停止并原地转向90°，返回至步骤210；

步骤270，机器人完成激光引导行走作业。

若所述激光接收器包括中心激光接收器和偏离激光接收器，所述步骤210和步骤240中的直线行走，具体包括：

当仅所述中心激光接收器接收到激光束信号；

或者中心激光接收器以及其两边数量相同的偏离激光接收器接收到激光束信号，则控制机构控制判定自移动机器人位于所述直线路径；

否则，当中心激光接收器接收不到激光束信号，且以自移动机器人行走的方向为基准，只有左边或右边的偏离激光接收器接收到激光束信号；

或者中心激光接收器和两边不同数量的偏离激光接收器接收到激光束信号，且左边接收到激光束信号的偏离激光接收器数量大于右边或右边接收到激光束信号的偏离激光接收器数量大于左边，则控制机构判定自移动机器人向右或向左偏离。

若所述激光接收器仅包括中心激光接收器，所述步骤210和步骤240中的直线行走，具体包括：

当所述中心激光接收器接收到激光束信号，则控制机构判定自移动机器人位于所述直线路径；

否则，控制机构判定自移动机器人偏离所述直线路径，控制机构以自移动机器人的行走方向为基准进行向左或向右的转向行走调整，直到中心激光接收器重新接收到激光束信号。

综上所述，本发明提供了一种自移动机器人激光引导行走作业系统及其控制方法，通过对线激光束发射器和接收器的合理设置，采用线激光的激光束信号，既满足远距离导向的要求，又能使激光信号的接收非常方便，该系统结构紧凑，控制方法简单易行，能够在较远的距离控制自移动机器人以较小的直线误差直线运动，工作效率高。

下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行详细地说明。

附图说明

图1为本发明实施例一整体结构示意图；

图2为图1的A向视图；

图3为本发明激光全向接收器的内部结构示意图；

图4为本发明实施例一的运动状态一示意图；

图5为本发明实施例一的运动状态二示意图；

图6为本发明实施例一的运动状态三示意图；

图7为本发明实施例一的运动路径示意图；

图8为本发明实施例一的运动过程示意图；

图9为本发明实施例二的结构示意图；

图10为本发明实施例三的结构示意图；

图11为本发明实施例四的结构示意图。

具体实施方式

实施例一

图1为本发明实施例一整体结构示意图；图2为图1的A向视图。如图1并结合图2所示，本发明实施例一提供了一种自移动机器人激光引导行走作业系统，包含自移动机器人10和激光束发射器20，所述自移动机器人10包括机体11，机体11上设有控制机构12和行走机构13，所述激光束发射器20设置在自移动机器人10作业区域Y的边缘，所述的机体11上对应设有激光接收器15；所述控制机构12通过控制所述行走机构13使自移动机器人10在所述作业区域Y内按照激光束发射器20发射的激光束信号所引导的直线路径行走作业。根据预先规划的自移动机器人10行走路径的不同方向，激光束发射器20可以设置在作业区域Y横向的边缘或纵向的边缘。在自移动机器人10直线运动过程中，为了便于激光束发射器20的固定，以及在自移动机器人10转弯时重新确定直线路径过程中，便于激光束发射器20的移动，该激光束发射器20通过支架可移动设置在所述作业区域Y的边缘。

为了提高信号发送和接收的有效性，所述激光束发射器20为线激光束发射器20’，其发射的激光信号为线激光束信号。由于激光有聚光性较好的特性，因此能够使得光线在远距离传输时有很好的聚光性。但如果利用点激光，会对激光发射和接收的方向要求很高，激光信号的接收会非常不方便；而如果利用线激光，则既能满足远距离导向的要求，又能使激光信号的接收变得更加方便。结合图2所示，本实施例中的线激光束信号L在垂直于所述作业区域Y的平面内呈一定角度覆盖，使仅由自移动机器人10上的激光接收器被笼罩在信号覆盖范围之内。

激光发射装置设置在作业区域Y的边缘上，自移动机器人10的运动轨迹除了直线方式之外，还需要转向或转弯，为了便于控制，所述自移动机器人10的机体11上设有边缘传感器和信号发生器，所述激光束发射器20上对应设有信号接收器、控制单元和驱动装置。这样，当自移动机器人10运动到所述作业区域Y的边缘时，所述边缘传感器检测到边缘信号后，所述控制机构12控制机体11上的信号发生器发出相应信号；激光束发射器20上的信号接收器接收到所述相应信号后，所述控制单元控制驱动装置驱动所述激光束发射器20平移。为了便于自移动机器人10的作业覆盖整个作业区域Y，所述激光束发射器20的平移距离最好为自移动机器人10机体11的一个身位宽度，这样就能够保证自移动机器人10在作业区域Y工作的完整。

如图1所示，在本实施例中，激光接收器15设置在机体11的顶部，设置数量为3个，其中包括了设置在沿自移动机器人行走方向机体11中心线上的1个中心激光接收器151和以该中心激光接收器对称设置的2个偏离激光接收器152。为了保证接收到准确的激光束信号，激光接收器需要在机体11的顶部均布设置。

图3为本发明激光全向接收器的内部结构示意图。如图3所示，本实施例中的中心激光接收器151和偏离激光接收器152均为全向接收器15’。每个全向接收器15’包括激光全向接收器盖151’和激光全向接收器座152’，激光全向接收器座152’的内表面为抛物线曲面。激光全向接收器采用上述结构，其主要工作原理是这样的：激光全向接收器盖151’的作用是将各个方向射入的光线反射成向下的竖直光线。激光全向接收器座152’的内表面是抛物线曲面，作用是能够将垂直于激光全向接收器座底面射入的平行光聚焦到一点，即：该抛物面的焦点。激光接收装置153’安装在激光全向接收器座的焦点位置，以便接收激光全向接收器座152’聚焦后的激光信号。激光全向接收器盖151’和激光全向接收器座152’装配完成后，激光全向接收器能够将各个不同方向射入到激光全向接收器的光线汇聚到激光全向接收器座上的激光接收装置153’上，以获取激光信号。也正是因为激光全向接收器的上述特性，使其在机体11顶部设置很少的数量，也能够获得准确的信号，正确引导自移动机器人10沿预定轨迹运动。

图4至图6分别为本发明实施例一的运动状态一至运动状态三示意图。如图4至图6所示，在本实施例中，在自移动机器人10的作业区域的上端边缘，沿横向安装有线激光束发生器20’，且该线激光束发生器20’固定在支架上，沿垂直于作业区域Y的方向发射。自移动机器人10的顶部设有3个激光全向接收器用于接收线激光信号，中间安装一个中心激光接收器151，两边对称安装两个偏离激光接收器152。当自移动机器人10在作业区域Y上、下运动时，若仅中心激光接收器151接收到信号（当自移动机器人距离激光束发生器20’较近时），或者中心激光接收器151以及两边偏离激光接收器152均接收到信号（当自移动机器人距离激光束发生器20’较远时，线激光束信号L有一定角度的发散），则认为机器人处在纵向行走状态；若中心激光接收器151接收不到信号，或者以自移动机器人行走的方向为基准，只有左边或右边的偏离激光接收器152接收到信号，或者中心激光接收器151和左边偏离激光接收器152接收到激光信号；或者中心激光接收器151和右边偏离激光接收器152接收到激光信号，则认为机器偏离了纵向，经多次自动调节方向和判断之后方可再次回到纵向行走状态。特殊情况下，如图4所示，机器人机体刚刚偏离纵向一定角度，此时只有中心激光接收器接收到激光信号，控制机构仍认为机体为纵向状态。但机体对自身方位不做调整沿着倾斜方向继续行走一段距离之后，中心激光接收器接收不到信号，或仅偏离激光接收器接收到信号，则控制机构判定机体偏离纵向，对机体行走方向进行相应调整。

图7为本发明实施例一的运动路径示意图；图8为本发明实施例一的运动过程示意图。如图7所示，自移动机器人10的运动路径为类“弓”字形状。自移动机器人10的具体运动过程结合图8所示，整体来说，设置在自移动机器人10作业区域Y边缘的激光束发射器20在支架上的固定位置发射激光信号，自移动机器人10的机体11上对应设有激光接收器15，激光接收器15接收到激光信号，按照激光信号的引导，自移动机器人10的控制机构12通过控制其行走机构13，在所述作业区域Y内沿直线路径行走作业。

具体来说，自移动机器人10以所述作业区域Y的一个顶角的第一边缘M为起始位置B1，按照激光束发射器20所发出的激光信号的引导，沿所述作业区域Y的第二边缘N，在纵向上朝第三边缘P直线行走。自移动机器人10位于作业区域Y的B1位置，此时，激光束发射器20位于支架一端的A1位置。自移动机器人10运动到所述作业区域Y的第三边缘P，此时位于自移动机器人10位于B2位置，所述边缘传感器检测到边缘信号后，所述控制机构12控制机体11上的信号发生器发出相应信号；激光束发射器20上的信号接收器接收到所述相应信号后，所述控制单元控制驱动装置驱动所述激光束发射器20沿所述支架，在横向上平移一段距离X后停止在A2位置。

自移动机器人10停止并在B2位置原地转向90°，沿第三边缘P在横向上对应平移一段距离，并判断是否碰到障碍物，若碰到障碍物机器人停止行走，否则自移动机器人继续平移，直到自移动机器人10上的激光接收器再次接收到激光信号后，停止在B3位置并原地转向90°。此时自移动机器人10平移的距离与激光束发射器20平移的距离相同，其长度均为X。

自移动机器人10重新按照激光信号的引导，从B3位置沿所述作业区域Y的第四边缘Q，在纵向上朝第一边缘M直线行走。

自移动机器人10运动到所述作业区域Y的第一边缘M的B4位置，所述边缘传感器检测到边缘信号后，所述控制机构12控制机体11上的信号发生器发出相应信号；激光束发射器20上的信号接收器接收到所述相应信号后，所述控制单元控制驱动装置驱动所述激光束发射器20沿所述支架，在横向上平移一段距离X后停止在A3位置。

自移动机器人10在B4位置停止，并原地转向90°，沿第一边缘M在横向上对应平移一段距离，并判断是否碰到障碍物，若碰到障碍物机器人停止行走，否则自移动机器人继续平移，直到自移动机器人10上的激光接收器再次接收到激光信号后，停止在B5位置并原地转向90°。此时自移动机器人10平移的距离与激光束发射器20平移的距离相同，其长度均为X。

以上自移动机器人10完成了如图7所示的整体“弓”字形运动路径其中的一个完整的路径单元，重复上述步骤，使自移动机器人10多次折返，直至完成对所述作业区域Y的作业。为了保证自移动机器人10能够对作业区域Y执行全面彻底的作业而无任何遗漏，当自移动机器人10完成一个机身宽度的作业之后，激光发射装置横向移动一个机身的距离，当安装在自移动机器人10机体11顶部中心的激光全向接收器接收到线激光信号时，则认为自移动机器人10移动到了准确的位置，从而继续进行纵向的直线作业。因此，自移动机器人10所移动的距离与激光发射装置所移动的距离是一样的。

在自移动机器人10沿第二边缘N或第四边缘Q做直线运动的过程中，实时遵循着线激光束发生器20’所发出的线激光束信号L的引导，以保持自移动机器人10始终不会偏离直线方向。具体来说，当仅所述中心激光接收器151接收到激光束信号L；或者中心激光接收器151以及其两边数量相同的偏离激光接收器152接收到激光束信号，则控制机构12控制判定自移动机器人10位于所述直线路径；否则，当中心激光接收器151接收不到激光束信号L，且以自移动机器人10行走的方向为基准，只有左边或右边的偏离激光接收器152接收到激光束信号L；或者中心激光接收器151和两边不同数量的偏离激光接收器152接收到激光束信号L，且左边接收到激光束信号的偏离激光接收器数量大于右边或右边接收到激光束信号的偏离激光接收器数量大于左边，则控制机构12判定自移动机器人10向右或向左偏离。特别情况下，当中心激光接收器151接收不到激光束信号L，且左边或右边的偏离激光接收器152同时也接收不到激光束信号L，机器人暂时无法判断是左偏还是右偏，在机器人继续行走一段距离后，只有左边或右边的偏离激光接收器152接收到激光束信号L，控制机构12判定自移动机器人10向右或向左偏离。

自移动机器人10的控制机构12会根据上述中心激光接收器151和偏离激光接收器152所接收到的激光束信号L，控制行走机构13调整自移动机器人10的行走方向，保证其沿直线运动。

综上所述，本发明所提供的自移动机器人激光引导行走作业系统的控制方法包括如下步骤：

步骤100：设置在自移动机器人作业区域边缘的激光束发射器在支架上的固定位置发射激光信号；

步骤200：自移动机器人的机体上对应设有激光接收器，激光接收器接收到激光信号，按照激光信号的引导，自移动机器人的控制机构通过控制其行走机构，在所述作业区域Y内沿直线路径行走作业。

所述步骤200具体包括：

步骤210：自移动机器人以所述作业区域的第一边缘M为起始位置，按照激光束发射器所发出的激光信号的引导，沿所述作业区域的第二边缘N，在纵向上朝第三边缘P直线行走；

步骤220：自移动机器人运动到所述作业区域的第三边缘P，所述边缘传感器检测到边缘信号后，所述控制机构控制机体上的信号发生器发出相应信号；激光束发射器上的信号接收器接收到所述相应信号后，所述控制单元控制驱动装置驱动所述激光束发射器沿所述支架，在横向上平移一段距离后停止；

步骤230：自移动机器人停止并原地转向90°，沿第三边缘P在横向上对应平移一段距离，并判断是否碰到障碍物，若碰到障碍物则进入步骤270，否则自移动机器人继续平移，直到自移动机器人上的激光接收器再次接收到激光信号后，停止并原地转向90°；

步骤240：自移动机器人重新按照激光信号的引导，沿所述作业区域的第四边缘Q，在纵向上朝第一边缘M直线行走；

步骤250：自移动机器人运动到所述作业区域的第一边缘M，所述边缘传感器检测到边缘信号后，所述控制机构控制机体上的信号发生器发出相应信号；激光束发射器上的信号接收器接收到所述相应信号后，所述控制单元控制驱动装置驱动所述激光束发射器沿所述支架，在横向上平移一段距离后停止；

步骤260：自移动机器人停止并原地转向90°，沿第一边缘M在横向上对应平移一段距离，并判断是否碰到障碍物，若碰到障碍物则进入步骤270，否则自移动机器人继续平移，直到自移动机器人上的激光接收器再次接收到激光信号后，停止并原地转向90°，返回至步骤210；

步骤270，机器人完成激光引导行走作业。

所述步骤210和步骤240中的直线行走，具体包括：

当仅所述中心激光接收器接收到激光束信号；

或者中心激光接收器以及其两边数量相同的偏离激光接收器接收到激光束信号，则控制机构控制判定自移动机器人位于所述直线路径；

否则，当中心激光接收器接收不到激光束信号，且以自移动机器人行走的方向为基准，只有左边或右边的偏离激光接收器接收到激光束信号；

或者中心激光接收器和两边不同数量的偏离激光接收器接收到激光束信号，且左边接收到激光束信号的偏离激光接收器数量大于右边或右边接收到激光束信号的偏离激光接收器数量大于左边，则控制机构判定自移动机器人向右或向左偏离。

如果将上述的自移动机器人激光引导行走作业系统及其控制方法应用到擦玻璃机器人上，可以将线激光束发生器通过安装支架安装在待清洁玻璃或墙体的一边，安装支架上还装有驱动安装支架运动的驱动装置，清洁机器人上装有相应的激光接收装置，边缘传感器，以及信号发射装置，安装支架上还装有相应的信号接收装置，激光引导直线运动的工作原理参考激光引导机构在此不再熬述。

对于擦玻璃机器人来说，可以包括水平路径清洁和竖直路径清洁两种清洁模式，当执行水平清洁模式时，线激光束发生器通过安装支架安装在玻璃或墙体的左侧或右侧，线激光束发生器可随安装支架上下移动，初始时，机器人沿着激光引导的横向运动，当运动到玻璃或墙体的边缘时，机器人上的边缘传感器检测到边缘信号并将检测到的信号通过信号发射单元发送给安装支架上的信号接收单元，信号接收单元接收到机器人运动到边缘的信号后，通过驱动单元驱动激光束发生器随安装支架一起向上或向下移动一定的距离，随后机器人也向上或向下移动，当机器人上的激光接收装置检测到激光时又开始沿着激光路径直线运动。当执行竖直清洁模式时，线激光束发生器通过安装支架安装在玻璃或墙体的上边或者下边，线激光束发生器可随安装支架左右移动，初始时，机器人沿着激光引导的纵向运动，当运动到玻璃或墙体的边缘时，机器人上的边缘传感器检测到边缘信号并将检测到的信号通过信号发射单元发送给安装支架上的信号接收单元，信号接收单元接收到机器人运动到边缘的信号后，通过驱动单元驱动激光束发生器随安装支架一起向左或向右移动一定的距离，随后机器人也向左或向右移动，当机器人上的激光接收装置检测到激光时又开始沿着激光路径直线运动，从而完成整个玻璃或墙面的清洁。

当然，需要说明的是，所述自移动机器人可以具备各种作业功能，除了上述的擦玻璃机器人，还可以包括地面清洁机器人、监控机器人等。无论应用在哪种自移动机器人上，本发明所提供的激光引导行走系统的设置结构与控制方法基本相同，当然，也会有细节的技术特征相对于不同类型的自移动机器人，进行适应性改变。

实施例二

图9为本发明实施例二的结构示意图。如图9所示，本实施例与实施例一的不同之处仅仅在于激光接收器15在自移动机器人10的机体11顶部上的设置位置。与图1对比可知，在实施例一中激光接收器的设置数量为3个，基本沿自移动机器人10机体11顶部表面的对角线等距离间隔设置，设置方向为右上方-中心-左下方。如图9所示，本实施例中激光接收器的设置数量也是3个，也是基本沿自移动机器人10机体11顶部表面的对角线等距离间隔设置，设置方向则为左上方-中心-右下方。本实施例中的激光接收器与实施例一相同，也为全向激光接收器15’。

本实施例中的其他技术特征与实施例一相同，具体内容参见实施例一，在此不再赘述。

实施例三

图10为本发明实施例三的结构示意图。如图10所示，本实施例中激光接收器15的设置数量仍为3个，但是沿着自移动机器人10机体11顶部表面的中部水平等距离间隔设置的。本实施例中的激光接收器与实施例一相同，也为全向激光接收器15’。

本实施例中的其他技术特征与实施例一相同，具体内容参见实施例一，在此不再赘述。

实施例四

本实施例中的激光接收器与前述三个实施例安装方式不同，仅在机体顶部中心安装1个中心激光接收器，且该中心激光接收器为全向激光接收器，其结构和工作原理与实施例一中相同。由于激光接收器的安装方式及数量发生了变化，则控制机构控制机体沿激光引导直线路径行走的控制方法也发生了变化。在本实施例中，控制机构控制机体沿激光引导直线路径行走的过程是这样实现的：当中心激光接收器接收到激光束信号，则控制机构判定自移动机器人位于所述直线路径；否则，控制机构判定自移动机器人偏离所述直线路径，控制机构以自移动机器人的行走方向为基准进行向左或向右的转向行走调整，直到中心激光接收器重新接收到激光束信号。

本实施例中的其他技术特征与实施例一相同，具体内容参见实施例一，在此不再赘述。

实施例五

图11为本发明实施例五的结构示意图。如图11所示，本实施例中的激光接收器与前述四个实施例的类型不同，为普通的单向激光接收器15a。由于采用了不同类型的激光接收器，其工作方式发生了变化，因此激光接收器在自移动机器人10机体11上的设置方式也相应发生了变化。单向激光接收器同时设置在机体11的前部、后部和左、右两侧，其中，机体11的前部和后部至少包括设置在中心的中心激光接收器151和以该中心对称的两个偏离激光接收器152。

在本实施例中，自移动机器人10保持直线行走的过程是这样实现的：结合图11所示，本实施例中，由于在自移动机器人10的前方、后方、左侧和右侧都分别安装了1个或多个单向激光信号接收装置15a，当在作业区域Y的一侧边缘上安装的线激光束发生器20沿与作业区域Y垂直的方向发射激光束L的时候，如果仅位于前方和后方的中心激光接收器151接收到信号，或者中心激光接收器151以及两边偏离激光接收器152均接收到激光信号，则认为自移动机器人10是沿着直线方向行走的；如果中心激光接收器151接收不到信号，且以机器人的行走方向为基准，只有左边或右边的偏离激光接收器152接收到信号，或者中心激光接收器151以及左边的偏离激光接收器152接收到信号或中心激光接收器151以及右边的偏离激光接收器152接收到信号，则认为自移动机器人10向右或向左偏离了激光速信号L所引导的纵向，经多次自动调节方向后方可再次回到纵向行走状态。

综上所述，从上述的五个实施例中可以看出，本发明自移动机器人激光引导行走作业系统如果要完成整个工作过程，自移动机器人的机体需要保证在四周都可以接收到线激光信号，本发明则通过了两种方式实现这种控制。其一是在自移动机器人的机体顶端安装全向激光接收器，由于全向激光接收器在四周都可以接收到激光信号，又因其安装位置处于机体顶端，所以无论在哪个方位都不会对激光接收器接收信号造成阻挡；其二是在自移动机器人的机体周身根据需要安装普通的单向激光接收器，由于在机体四周都安装激光接收器，因此同样可以达到全面接收激光信号的目的。本发明利用了激光的聚光性能比较好的特性，通过对线激光束发射器和接收器的合理设置，采用线激光的激光束信号，既满足远距离导向的要求，又能使激光信号的接收非常方便，该系统结构紧凑，控制方法简单易行，能够在较远的距离控制自移动机器人以较小的直线误差直线运动，工作效率高。

Claims (17)

1.一种自移动机器人激光引导行走作业系统，包含自移动机器人(10)和激光束发射器(20)，所述自移动机器人(10)包括机体(11)，机体(11)上设有控制机构(12)和行走机构(13)，其特征在于，所述激光束发射器(20)设置在自移动机器人作业区域的边缘，所述的机体(11)上对应设有激光接收器(15)；所述控制机构通过控制所述行走机构(13)使自移动机器人(10)在所述作业区域内按照激光束发射器(20)发射的激光束信号所引导的直线路径行走作业；

所述激光接收器(15)设置在机体(11)的顶部，包含设置在沿自移动机器人行走方向机体(11)中心线上的中心激光接收器(151)以及以该中心激光接收器(151)对称设置的偏离激光接收器(152)。

2.如权利要求1所述的自移动机器人激光引导行走作业系统，其特征在于，所述激光束发射器(20)设置在所述作业区域横向的边缘或纵向的边缘。

3.如权利要求2所述的自移动机器人激光引导行走作业系统，其特征在于，所述的激光束发射器(20)通过支架可移动设置在所述作业区域的边缘。

4.如权利要求1所述的自移动机器人激光引导行走作业系统，其特征在于，所述激光束发射器(20)为线激光束发射器(20’)，其发射的激光信号为线激光束信号(L)。

5.如权利要求4所述的自移动机器人激光引导行走作业系统，其特征在于，所述线激光束信号(L)在垂直于所述作业区域的平面内覆盖。

6.如权利要求5所述的自移动机器人激光引导行走作业系统，其特征在于，所述机体(11)上设有边缘传感器和信号发生器，所述激光束发射器(20)上对应设有信号接收器、控制单元和驱动装置；

自移动机器人(10)运动到所述作业区域的边缘，所述边缘传感器检测到边缘信号后，所述控制机构控制机体上的信号发生器发出相应信号；激光束发射器(20)上的信号接收器接收到所述相应信号后，所述控制单元控制驱动装置驱动所述激光束发射器(20)平移。

7.如权利要求6所述的自移动机器人激光引导行走作业系统，其特征在于，所述激光束发射器(20)平移的距离为自移动机器人机体(11)的一个身位宽度。

8.如权利要求1所述的自移动机器人激光引导行走作业系统，其特征在于，所述中心激光接收器(151)和偏离激光接收器(152)在机体(11)的顶部均布设置。

9.如权利要求8所述的自移动机器人激光引导行走作业系统，其特征在于，所述中心激光接收器(151)和偏离激光接收器(152)均为全向接收器，包括激光全向接收器盖(151’)和激光全向接收器座(152’)，所述激光全向接收器座(152’)的内表面为抛物线曲面，将各个不同方向射入的光线汇聚到设置在所述激光全向接收器座(152’)上的激光接收装置(153’)上。

10.如权利要求1所述的自移动机器人激光引导行走作业系统，其特征在于，所述激光接收器(15)同时设置在机体(11)的前部、后部和左右两侧，机体(11)的前部和后部分别包括设置在中心的中心激光接收器(151)以及以该中心激光接收器(151)对称设置的偏离激光接收器(152)；

或者机体(11)的前部和后部仅包括设置在中心的中心激光接收器(151)。

11.如权利要求10所述的自移动机器人激光引导行走作业系统，其特征在于，所述的激光接收器为单向激光接收器(15a)。

12.如权利要求1所述的自移动机器人激光引导行走作业系统，其特征在于，所述激光接收器(15)为全向接收器，设置在机体(11)顶部的中心。

13.如权利要求1-12任一项所述的自移动机器人激光引导行走作业系统，其特征在于，所述的自移动机器人为擦玻璃机器人、地面清洁机器人或监控机器人。

14.一种自移动机器人激光引导行走作业系统的控制方法，其特征在于，激光接收器包括中心激光接收器和偏离激光接收器，该方法包括如下步骤：

步骤100：设置在自移动机器人作业区域边缘的激光束发射器在支架上的固定位置发射激光信号；

步骤200：自移动机器人的机体上对应设有激光接收器，激光接收器接收到激光信号，按照激光信号的引导，自移动机器人的控制机构通过控制其行走机构，在所述作业区域内沿直线路径行走作业。

15.如权利要求14所述的控制方法，其特征在于，所述步骤200具体包括：

步骤210：自移动机器人以所述作业区域的第一边缘为起始位置，按照激光束发射器所发出的激光信号的引导，沿所述作业区域的第二边缘，在纵向上朝第三边缘直线行走；

步骤220：自移动机器人运动到所述作业区域的第三边缘，边缘传感器检测到边缘信号后，所述控制机构控制机体上的信号发生器发出相应信号；激光束发射器上的信号接收器接收到所述相应信号后，控制单元控制驱动装置驱动所述激光束发射器沿所述支架，在横向上平移一段距离后停止；

步骤230：自移动机器人停止并原地转向90°，沿第三边缘在横向上对应平移，并判断是否碰到障碍物，若碰到障碍物则进入步骤270，否则自移动机器人继续平移，直到自移动机器人上的激光接收器再次接收到激光信号后，停止并原地转向90°；

步骤240：自移动机器人重新按照激光信号的引导，沿所述作业区域的第四边缘，在纵向上朝第一边缘直线行走；

步骤250：自移动机器人运动到所述作业区域的第一边缘，所述边缘传感器检测到边缘信号后，所述控制机构控制机体上的信号发生器发出相应信号；激光束发射器上的信号接收器接收到所述相应信号后，所述控制单元控制驱动装置驱动所述激光束发射器沿所述支架，在横向上平移一段距离后停止；

步骤260：自移动机器人停止并原地转向90°，沿第一边缘在横向上对应平移，并判断是否碰到障碍物，若碰到障碍物则进入步骤270，否则自移动机器人继续平移，直到自移动机器人上的激光接收器再次接收到激光信号后，停止并原地转向90°，返回至步骤210；

步骤270：机器人完成激光引导行走作业。

16.如权利要求15所述的控制方法，其特征在于，所述步骤210和步骤240中的直线行走，具体包括：

当仅所述中心激光接收器接收到激光束信号；

或者中心激光接收器以及其两边数量相同的偏离激光接收器接收到激光束信号，则控制机构控制判定自移动机器人位于所述直线路径；

否则，当中心激光接收器接收不到激光束信号，且以自移动机器人行走的方向为基准，只有左边或右边的偏离激光接收器接收到激光束信号；

或者中心激光接收器和两边不同数量的偏离激光接收器接收到激光束信号，且左边接收到激光束信号的偏离激光接收器数量大于右边或右边接收到激光束信号的偏离激光接收器数量大于左边，则控制机构判定自移动机器人向右或向左偏离。

17.如权利要求15所述的控制方法，其特征在于，所述激光接收器仅包括中心激光接收器，所述步骤210和步骤240中的直线行走，具体包括：

当所述中心激光接收器接收到激光束信号，则控制机构判定自移动机器人位于所述直线路径；

否则，控制机构判定自移动机器人偏离所述直线路径，控制机构以自移动机器人的行走方向为基准进行向左或向右的转向行走调整，直到中心激光接收器重新接收到激光束信号。