CN108227687A

CN108227687A - 智能机器人识别虚拟边界方法、行进方法及信标

Info

Publication number: CN108227687A
Application number: CN201611130407.1A
Authority: CN
Inventors: 王冬雷; 陈学军; 罗盛桥
Original assignee: Elec Tech International Co Ltd
Current assignee: Elec Tech Zhuhai Co ltd
Priority date: 2016-12-09
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2018-06-29

Abstract

本发明提供一种智能机器人识别虚拟边界方法、行进方法及信标，所述方法包括：智能机器人向周围多个信标发射电磁波信号，获取第一信标与第二信标反馈的电磁波信号。并根据所述反馈的电磁波信号获得第一信标与第二信标识别码。若第一信标与第二信标为相邻信标，则获取第一信标与第二信标之间的连线，并将所述连线作为第一信标与第二信标之间的虚拟边界。本发明提供的智能机器人识别虚拟边界方法、行进方法及信标，通过设置于工作区上的信标利用电磁信号发射/接收模块，在设置于智能机器人上的主控制器作用下，实现虚拟边界的建立。并通过智能机器人与虚拟边界的距离判定，建立智能机器人的工作地图。定位精度较高，测量距离较长，系统抗外界干扰能力强。

Description

智能机器人识别虚拟边界方法、行进方法及信标

技术领域

本发明涉及虚拟边界领域，特别是涉及一种智能机器人识别虚拟边界方法、行进方法及信标。

背景技术

虚拟边界是用于智能机器人避障，智能机器人行走的一种非物理边界，它通过安装在智能机器人上的传感器探测信标方位，再通过边界构成算法实现工作区域与非工作区域的识别。传统技术中，在待工作区放置相同距离的信标，通过激光测距计算出信标距离，指导智能机器人完成虚拟路径的建立。但其有局限性，其利用激光测距，激光由于热量集中，容易给人畜造成伤害，特别的对皮肤及眼膜等敏感部位，所以实现方法是有安全隐患的，另外传统技术中，要求信标间的距离要一致，这在实际操作中是很难实现的。

传统技术中还有通过实物用电缆包围整个工作区域，在工作过程中，机器人通过传感器检查电缆所形成的电磁场来获取边界信息，但这种方式的缺点也是显而易见的，最重要的就是铺设的电缆需要通电，这将会大大降低其实用性。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种智能机器人识别虚拟边界方法、行进方法及信标。

一种智能机器人识别虚拟边界的方法，所述方法包括：

智能机器人向周围多个信标发射电磁波信号；

获取第一信标反馈的电磁波信号，并根据所述反馈的电磁波信号获得第一信标识别码；

获取第二信标反馈的电磁波信号，并根据所述反馈的电磁波信号获得第二信标识别码；

根据第一信标识别码及第二信标识别码判断所述第一信标与所述第二信标是否相邻；

若第一信标与第二信标为相邻信标，则获取第一信标与第二信标之间的连线，并将所述连线作为第一信标与第二信标之间的虚拟边界。

在其中一个实施例中，所述反馈的电磁波信号为通过信标反射回的电磁波信号。

在其中一个实施例中所述反馈的电磁波信号进一步包括由信标自身发射的电磁波信号，不同信标发射不同的电磁波信号。

在其中一个实施例中，所述不同信标识别码对应不同的序列号，所述多个信标预先围绕工作区域边界按所述序列号顺序设置。

在其中一个实施例中，所述根据第一信标识别码及第二信标识别码判断所述第一信标与所述第二信标是否相邻的步骤包括：

根据第一信标的序列号及第二信标的序列号的顺序是否相邻，判断所述第一信标与所述第二信标是否相邻。

在其中一个实施例中，所述根据第一信标识别码及第二信标识别码判断所述第一信标与所述第二信标是否相邻的步骤还包括：

若判断所述第一信标与第二信标不是相邻信标，则继续接收反馈电磁波信号，直到获得与第一信标相邻的信标。

在其中一个实施例中，所述获取第一信标与第二信标之间的连线的步骤还包括：

分别获取智能机器人与第一信标和第二信标之间的距离；

根据第一信标和第二信标与智能机器人之间的距离，获得第一信标与第二信标之间的连线。

在其中一个实施例中，在所述获取第一信标与第二信标之间的连线，并将所述连线作为第一信标与第二信标之间的虚拟边界的步骤之后，还包括：

依次获取多个信标中剩余信标反馈的电磁波信号，并获得多个信标中每相邻两个信标之间的虚拟边界。

一种智能机器人行进方法，所述方法包括：

智能机器人向周围多个信标发射电磁波信号；

根据多个信标反馈的电磁波信号，获得用于标识多个信标的多个信标识别码；

根据多个信标识别码，获取每两个相邻的信标之间的连线，并将所述连线作为智能机器人的虚拟边界；

判断与智能机器人最接近的两个相邻的信标；

获取智能机器人与最接近的两个相邻的信标之间的连线的距离H；

将距离H与预设安全距离作比较，当距离H大于预设安全距离时，不做规避；

当距离等于或小于预设安全距离时，进行规避，使智能机器人与虚拟边界之间的距离大于等于预设安全距离。

在其中一个实施例中，所述判断与智能机器人最接近的两个相邻的信标的步骤包括：

获得发射电磁波信号与接收反馈电磁波信号的时间差，根据时间差与光速的关系得出智能机器人与多个信标之间的距离；

根据距离确定与智能机器人最接近的两个相邻的信标。

在其中一个实施例中，所述获取智能机器人与最接近的两个相邻的信标之间的连线的距离H的步骤包括：

获取智能机器人与最接近的两相邻信标之间的连线形成的夹角；

根据智能机器人与最接近的两个相邻信标的距离以及智能机器人与最接近的两个相邻信标之间的连线形成的夹角获得H。

一种应用于上述方法的信标，所述信标的表面设置有多个不同节距的条纹，所述多个条纹使所述不同信标反射回的电磁波信号包括不同的识别码。

在其中一个实施例中，所述信标进一步包括电磁波接收模组和电磁波发射模组，所述电磁波接收模组用于接收电磁波信号，所述电磁波发射模组用于发射电磁波信号。

本发明提供的识别虚拟边界方法、行进方法及信标，通过设置于工作区上不同的信标利用信标反馈的电磁波信号，在设置于智能机器人上的主控制器作用下，实现虚拟边界的建立。将虚拟边界与智能机器人的距离与预设距离作比较，确定智能机器人的行进方法。每个信标都有单独的识别码，安全可靠，易于实现，实用性强。

附图说明

图1为本发明智能机器人识别虚拟边界方法流程图；

图2为本发明智能机器人识别虚拟边界方法原理图；

图3为本发明智能机器人识别虚拟边界方法示意图；

图4为本发明实施例智能机器人测距示意图；

图5为本发明实施例中信标示意图；

图6为本发明实施例智能机器人行进方法流程图；

图7为本发明实施例角度读取示意图；

图8为本发明实施例智能机器人到边界之间距离几何模型示意图；

图9为本发明实施例智能机器人建位虚拟地图位置图；

图10为本发明实施例智能机器人建位完成的虚拟地图。

其中：

110-信标；

111-序列号；

112-条纹；

120-智能机器人；

130-工作区；

140-工作地图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的智能机器人识别虚拟边界方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1至图3，本发明一个实施例，提供一种智能机器人识别虚拟边界方法，所述方法包括：

S100，智能机器人120向周围多个信标110发射电磁波信号；

S110，获取第一信标G1反馈的电磁波信号，并根据所述反馈的电磁波信号获得第一信标识别码；

S120，获取第二信标G2反馈的电磁波信号，并根据所述反馈的电磁波信号获得第二信标G2识别码；

S130，根据第一信标G1识别码及第二信标G2识别码判断所述第一信标G1与所述第二信标G2是否相邻；

S140，若第一信标G1与第二信标G1为相邻信标110，则获取第一信标G1与第二信标G2之间的连线，并将所述连线作为第一信标G1与第二信标G2之间的虚拟边界。

具体的，智能机器人120可包括电磁波发射器和电磁波接收器。通过电磁波发射器的发射电路向周围发射电磁波信号，电磁波信号碰到物体及信标110时会反馈电磁波信号，被电磁波接收器接收。电磁波信号包括有无线电波、微波、红外线、可见光、紫外光、X-射线和伽马射线等等。本实施例中的电磁波信号可以包括不同波长的电磁波，不同强度和(或)时间长短的电磁波，还可以是不同频率的电磁波及其组合。优选的，所述电磁波信号为红外线电磁波信号。电磁波接收器中的比较计算单元通过波长、时间及频率分析判断是否为信标110反馈回的电磁波信号，若是，则继续判断。当反馈的电磁波信号不是信标110反馈的电磁波信号时，则继续接收反馈电磁波信号。

当电磁波接收器接收到的两信标110反馈回的电磁波信号为相邻两信标时，则获取两相邻信标110之间的连线，并将两相邻信标110的连线作为两相邻信标110之间的虚拟边界。当电磁波接收器接收到的两信标110反馈回的电磁波信号不是相邻两信标时，则继续接收反馈电磁波信号，直到获得两相邻的信标110后，建立虚拟边界。

请参阅图4，进一步，智能机器人120的电磁波发射器的发射电路发射电磁波信号，发射的电磁波碰到信标110时，则反馈电磁波信号至电磁波接收器。信标110反馈电磁波信号给电磁波接收器时，反馈的电磁波信号带有识别码信息。电磁波接收器上的比较计算单元通过对接收到的电磁波信号进行分析，判断接收到的电磁波信号是否为信标110反馈回的电磁波信号。若不是，则继续接收反馈的电磁波信号。

其中一个实施例中，智能机器人120的电磁波接收器接收的电磁波信号为电磁波发射器发射的电磁波信号经信标110反射的电磁波信号。电磁波信号经信标110反射后，电磁波信号的波长会发生改变。因此，智能机器人120发射的电磁波信号经过不同的信标110反射后会包含不同的识别码信息。所述不同的识别码信息会被电磁波接收器上的比较计算单元识别为不同的序列号111。

进一步，所述反馈的电磁波信号可进一步包括由信标110接收到电磁波发射器发射的电磁波信号后，信标110自身发射出电磁波信号。不同的信标110可以发射出不同的电磁波信号。即，所述反馈的电磁波信号包括信标110反射的电磁波信号与信标110发射的电磁波信号的组合。不同的信标110发出的电磁波信号可以为具有不同频率、不同波长、不同的强度。通过将信标110发射的电磁波信号和信标110反射的电磁波信号结合，可使得智能机器人120接收到的电磁波信号可以包含更多的识别码信息，从而能够更好地识别不同的信标110。

请一并参阅图5，所述信标110具体形状不限，可以为圆柱体、长方体、圆锥体等形式。信标110设置有不同的条码。具体的，信标110的表面设置有多个条纹112，所述多个条纹112沿所述信标110的周向设置。所述多个条纹112相互间隔设置，以使所述多个条纹112具有不同的节距。所述多个不同节距的条纹112形成不同的条码。不同的条码可使所述不同信标110反射回的电磁波信号包括不同的识别码信息。优选的，信标110为圆柱体。所述圆柱体信标110上可以设置有不同节距的条纹112，所述条纹112可以为圆形条纹，所述多个圆形条纹沿所述圆柱体信标110的周向设置，圆形条纹112的节距不同从而形成不同的条码。不同的条码可使所述不同信标110反射回的电磁波信号包括不同的识别码信息。条纹112的形式可以根据实际情况设置，只要实现不同信标110的条码反射出的电磁波信号不同即可。不同的信标110条码对应形成不同的序列号111。

其中一个实施例中，所述信标110进一步包括电磁波接收模组和电磁波发射模组，所述电磁波接收模组用于接收电磁波信号，所述电磁波发射模组用于发射电磁波信号。电磁波发射模组可以发射出电磁波信号，电磁波发射模组可以根据实际需要进行选择。电磁波发射模组发射出的电磁波信号可以根据实际需要进行选择。电磁波发射模组发射的电磁波信号可以为不同波长的电磁波信号，也可以为不同强度和(或)时间长短的电磁波信号，还可以是不同频率的电磁波信号。可以通过改变电磁波发射模组的类型来发射不同的电磁波信号。电磁波接收模组可以接收智能机器人120发出的电磁波信号，并根据接收到的电磁波信号触发电磁波发射模组发射出电磁波信号。

本实施例中的信标110的设置方式简单，易于实现，每一个信标110都有一个单独的序列号111，在设置信标110对信标设置的间距没有限定，利用电磁波反射形式获取信标信息，安全易实施。

所述信标110围绕工作区域边界可以按识别码的序列号111顺序排列。进一步，在工作区130布置信标110时，依信标110的序列号111的升序或降序进行排布。如图3所示，按信标110的顺序记为第一信标G1、第二信标G2、第三信标G3、…第N信标GN。

在步骤S100，之后还包括：

S101，获取周围反馈的电磁波信号。

S102，对所述反馈的电磁波信号的波长分析，判断所述反馈的电磁波信号是否为所述多个信标反馈的电磁波信号。

S103，若反馈的电磁波信号不是所述多个信标反馈的电磁波信号，则继续接收反馈的电磁波信号，直到接收到电磁信号为多个信标反馈的电磁波信号。

步骤S130，包括：

S131，根据第一信标序列号及第二信标序列号的顺序是否相邻，判断所述第一信标与所述第二信标是否相邻。

S132，若判断所述第一信标与第二信标不是相邻信标，则继续接收反馈电磁波信号，获得与第一信标相邻的信标。

S133，分别获取智能机器人与第一信标和第二信标之间的距离。

S134，根据第一信标和第二信标与智能机器人之间的距离，获得第一信标与第二信标之间的连线。

步骤S140之后，还包括：

S150，依次获取多个信标中剩余信标反馈的电磁波信号，并获得多个信标中每相邻两个信标之间的虚拟边界。

具体的，通过比较计算单元对电磁波接收器接收到的信标110反馈回的电磁波信号进行波长分析，判断两信标110是否为相邻信标。若第一信标G1与第二信标G2为相邻信标110，则分别获取智能机器人120与第一信标G1和第二信标G2之间的距离。

根据第一信标G1和第二信标G2与智能机器人120之间的距离，获得第一信标G1与第二信标G2之间的连线，所述连线为第一信标G1与第二信标G2之间的虚拟边界。

当有N个信标110依次排列时，依次获取第一信标G1、第二信标G2至第N信标GN反馈的电磁波信号，从而建立第一信标G1与第N信标GN之间的虚拟边界。

上述实施例提供的智能机器人识别虚拟边界方法，通过在工作区130上设置不同的信标110，根据信标110反馈的不同的电磁波信号，判断两相邻信标110之间的连线，从而建立不同信标110之间的虚拟边界。所述信标110带有独特的身份信息，每一信标110都有单独标号，带有自己的识别码信息，在工作区130设置信标110时，无需埋线，无需相同间隔设置，抗干扰能力强，系统简单安全可靠耗能低。

请参阅图6，本发明一个实施例，提供一种智能机器人120行进方法，所述方法包括：

S200，智能机器人120向周围多个信标110发射电磁波信号。

S210，根据多个信标110反馈的电磁波信号，获得用于标识多个信标110的多个信标识别码。

S220，根据多个信标识别码，获取每两个相邻的信标110之间的连线，并将所述连线作为智能机器人120的虚拟边界。

S230，判断与智能机器人最接近的两个相邻的信标110。

S240，获取智能机器人120与最接近的两个相邻的信标110之间的连线的距离H。

S250，将距离H与预设安全距离作比较，当距离H大于预设安全距离时，不做规避。

S260，当距离等于或小于预设安全距离时，进行规避，使智能机器人120与虚拟边界之间的距离大于等于预设安全距离。

其中，智能机器人120识别虚拟边界的方法与上述实施例中的识别虚拟边界方法相同。

步骤S230包括：

S231，获得发射电磁波信号与接收反馈电磁波信号的时间差，根据时间差与光速的关系得出智能机器人120与多个信标110之间的距离。

S232，根据距离确定与智能机器人120最接近的两个相邻的信标110。

所述步骤S240还包括：

S241，获取智能机器人120与最接近的两相邻信标110之间连线形成的夹角。

S242，根据智能机器人120与最接近的两个相邻信标110的距离以及智能机器人与最接近的两个相邻信标之间的连线形成的夹角获得两个相邻的信标110之间的连线的距离H。

请一并参阅图7，具体的，智能机器人120还包括控制模块与计数单元，所述控制模块用于根据智能机器人120发射及接收的电磁波信号发出控制指令给计数单元，接收计数单元上传的数据，并根据接收的数据计算智能机器人120与信标110的距离。计数单元用于计算在收到控制模块发送的计数启动指令和计数停止指令之间的脉冲个数，进而将脉冲个数上传至控制模块。进一步，当电磁波发射器发出电磁波信号时，控制模块发送一个计数启动指令至计数单元。当电磁波接收器接收到电磁波信号时，控制模块判断接收到的电磁波信号为信标110反射的电磁波信号时，控制模块发送一个计数停止指令至计数单元。计数单元计算计数启动指令和计数停止指令之间的脉冲数n，根据公式：L＝ct/2，其中，c为光速，t为发射波与接收到反射波的时间差t＝n T，其中，n为脉冲数，T为脉冲的周期。控制模块计算出智能机器人120到信标110的距离L。

智能机器人120还包括角度测量模块，角度测量模块用于测量智能机器人120与相邻两信标110之间的连线形成的夹角。具体的，当检测到两相邻信标110时，则由控制模块启动角度测量模块，角度测量模块中的自校准程控将度盘的0度归至第一信标G1与智能机器人120的连线CA，智能机器人120与第二信标G2形成连线CB，角度测量模块中的读数头读出连线CA及连线CB的夹角Y.控制模块经线段CA，线段CB及线段CA和CB的夹角Y建位三角形ABC，控制模块计算顶点C至边AB距离H。

请一并参阅图8，在其中一个实施例中，所述智能机器人120与所述第一信标G1及第二信标G2的连线组成建位三角形ABC，当智能机器人120与相邻第一信标G1与第二信标G2之间的虚拟边界的垂线在所述建位三角形ABC内时，则第一信标G1与第二信标G2之间连线为虚拟边界。具体的，在A点第一信标G1与在B点的第二信标G2以及在C点的智能机器人120形成建位三角形ABC，并判断定点C与AB边的垂线HC是否在三角形内，或三角形ABC为直角三角形时，若是，则将距离H与预设的安全距离作比较。若不是则回到上一步骤继续重复直到发现满足是的条件。当距离H大于预设值时，不做规避，当距离等于或小于预设值时，进行规避。此方法有效的使智能机器人120不出界，圈定在由信标110界定的范围内。

请一并参阅图9，其中一个实施例，当智能机器人120与相邻第一信标110与第二信标110之间的虚拟边界的距离等于预设值时，智能机器人120沿所述相邻第一信标110与第二信标110之间的虚拟边界平行移动。具体的，当智能机器人120与两相邻信标110的距离等于预设值时，主控程序引导智能机器人120的移动轨迹更改为平行于三角形边AB，并且保持距离不变的移动方式直至在D处的下一信标110。在B处改为平行于三角形边BD并且保持距离不变的移动方式直至D处信标110后，以此种方式走完所有信标110直至回到A处信标，此走过的路线由主控程序合成如图10所述的智能机器人120的工作地图140，为机器人的工作路径提供图形数据。

本发明所述的智能机器人120可以包括：智能割草机、无人机、智能扫地机等。可以应用本发明所述的智能机器人识别虚拟边界方法、行进方法及信标来建立智能割草机、无人机、智能扫地机等的行进的虚拟边界，指引智能割草机、无人机、智能扫地机等在其工作区内行进。

上述实施例提供的智能机器人识别虚拟边界方法、行进方法及信标，利用电磁测距离技术及电磁信标识别技术，在控制模块的协调作用下，实现虚拟边界的识别和建立，并通过智能机器人与虚拟边界的距离判定，建立智能机器人的工作地图。定位精度较高，测量距离较长，系统抗外界干扰能力强，安全可靠易于实现，为机器人的工作路径提供图形数据。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种智能机器人识别虚拟边界方法，其特征在于，所述方法包括：

智能机器人向周围多个信标发射电磁波信号；

2.根据权利要求1所述智能机器人识别虚拟边界方法，其特征在于，所述反馈的电磁波信号为通过信标反射回的电磁波信号。

3.根据权利要求2所述智能机器人识别虚拟边界方法，其特征在于，所述反馈的电磁波信号进一步包括由信标自身发射的电磁波信号，不同信标发射不同的电磁波信号。

4.根据权利要求2或3所述的智能机器人识别虚拟边界方法，其特征在于，所述不同信标识别码对应不同的序列号，所述多个信标预先围绕工作区域边界按所述序列号顺序设置。

5.根据权利要求4所述的智能机器人识别虚拟边界方法，其特征在于，所述根据第一信标识别码及第二信标识别码判断所述第一信标与所述第二信标是否相邻的步骤包括：

6.根据权利要求1所述的智能机器人识别虚拟边界方法，其特征在于，所述根据第一信标识别码及第二信标识别码判断所述第一信标与所述第二信标是否相邻的步骤还包括：

7.根据权利要求1所述的智能机器人识别虚拟边界方法，其特征在于，所述获取第一信标与第二信标之间的连线的步骤还包括：

分别获取智能机器人与第一信标和第二信标之间的距离；

8.根据权利要求1所述的智能机器人识别虚拟边界方法，其特征在于，在所述获取第一信标与第二信标之间的连线，并将所述连线作为第一信标与第二信标之间的虚拟边界的步骤之后，还包括：

9.一种智能机器人行进方法，其特征在于，所述方法包括：

智能机器人向周围多个信标发射电磁波信号；

判断与智能机器人最接近的两个相邻的信标；

10.根据权利要求9所述的智能机器人行进方法，其特征在于，所述判断与智能机器人最接近的两个相邻的信标的步骤包括：

根据距离确定与智能机器人最接近的两个相邻的信标。

11.根据权利要求9所述的智能机器人行进方法，其特征在于，所述获取智能机器人与最接近的两个相邻的信标之间的连线的距离H的步骤包括：

12.一种应用于权利要求1-11任一所述方法的信标，其特征在于，所述信标的表面设置有多个不同节距的条纹，所述多个不同节距的条纹使所述不同信标反射回的电磁波信号包括不同的识别码。

13.根据权利要求12所述的信标，其特征在于，所述信标进一步包括电磁波接收模组和电磁波发射模组，所述电磁波接收模组用于接收电磁波信号，所述电磁波发射模组用于发射电磁波信号。