CN109883419B - 机器人导航方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机器人导航方法及系统，所述机器人包括定位标签，所述方法包括：所述定位标签与基站通信获取所述机器人相对于所述基站的方位角；所述机器人朝向所述基站移动并在移动过程中使所述方位角保持在预设值。本发明所涉及的机器人导航方法及系统，机器人在移动过程中可以保持准确的朝向，实现精确导航。

Description

机器人导航方法及系统

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种机器人导航方法及系统。

背景技术

随着移动机器人技术的发展，移动机器人工作的场景越来越复杂。移动机器人在室内作业时，由于室内环境限制了GPS的使用，因此多种室内定位解决方案应运而生。常见的室内定位方法包括：惯性导航定位、红外定位、超声波定位、激光定位、视觉定位等等。上述方法可以实现移动机器人的定位。然而，机器人在移动过程中，其位姿也是一个重要的参数，上述方法均没有有效结合机器人位姿进行导航，机器人的导航精度仍有待提升。

发明内容

本发明有鉴于上述的现有状况而完成的，其目的在于提供一种机器人导航方法及系统，能够根据机器人位姿，实现精确导航。

为了实现上述目的，本发明实施方式提供如下技术方案：

本发明提供一种机器人导航方法，所述机器人包括定位标签，所述方法包括：

所述定位标签与基站通信获取所述机器人相对于所述基站的方位角；

所述机器人朝向所述基站移动并在移动过程中使所述方位角保持在预设值。

在这种情况下，机器人在移动过程中可以保持准确的朝向，实现精确导航。

其中，所述定位标签至少包括第一定位标签和第二定位标签，所述第一定位标签和第二定位标签相距预设距离；所述定位标签与基站通信获取所述机器人相对于所述基站的方位角的步骤，具体包括：

所述第一定位标签与所述基站通信获取所述第一定位标签与所述基站之间的第一距离，所述第二定位标签与所述基站通信获取所述第二定位标签与所述基站之间的第二距离；

所述机器人根据所述第一距离、所述第二距离和所述预设距离计算得出所述机器人相对于所述基站的方位角。

在这种情况下，机器人可以仅与一个基站通信即可确定机器人的方位角，并且不受机器人移动对方位角测量的影响，提升了机器人的定位精度。

其中，所述基站至少包括第一基站和第二基站；所述机器人朝向所述基站移动并在移动过程中使所述方位角保持在预设值的步骤，具体包括：

所述机器人朝向所述第一基站移动并在移动过程中使所述方位角保持在第一预设值，所述机器人移动至距离所述第一基站第一指定距离后，朝向所述第二基站移动；

所述机器人朝向所述第二基站移动过程中使所述方位角保持在第二预设值。

由此，机器人在移动过程中，可通过多个基站实现精确路径导航。

其中，所述第一预设值与所述第二预设值均为0°。在这种情况下，通过使机器人正对基站移动，可以使每个基站作为导航参考节点，机器人只需依次沿着基于每个基站设定的路径移动，即可到达预设目的地，简化了机器人导航的路径规划算法。

本发明还提供一种机器人导航系统，包括：机器人和基站，所述机器人包括定位标签和控制模块；

所述定位标签用于与所述基站通信，并获取所述机器人相对于所述基站的方位角；

所述控制模块用于所述机器人朝向所述基站的移动过程中，控制所述方位角保持在预设值。

在这种情况下，机器人在移动过程中可以保持准确的朝向，实现精确导航。

其中，所述定位标签包括第一定位标签和第二定位标签，所述机器人还包括处理模块；

所述第一定位标签用于与所述基站通信，并获取所述第一定位标签与所述基站之间的第一距离，所述第二定位标签用于与所述基站通信，并获取所述第二定位标签与所述基站之间的第二距离；

所述处理模块用于根据所述第一距离、所述第二距离和所述预设距离计算得出所述机器人相对于所述基站的方位角。

由此，机器人可以仅与一个基站通信即可确定机器人的方位角，并且不受机器人移动对方位角测量的影响，提升了机器人的定位精度。

其中，所述基站至少包括第一基站和第二基站；

所述控制模块用于所述机器人朝向所述第一基站的移动过程中，控制所述方位角保持在第一预设值；并且控制所述机器人移动至距离所述第一基站第一指定距离后，朝向所述第二基站移动；

所述控制模块用于所述机器人朝向所述第二基站的移动过程中，控制所述方位角保持在第二预设值。

由此，机器人在移动过程中，可通过多个基站实现精确路径导航。

所述第一预设值与所述第二预设值均为0°。

在这种情况下，通过使机器人保持正对基站移动，可以使每个基站作为导航参考节点，机器人只需依次沿着基于每个基站设定的路径移动，即可到达预设目的地，简化了机器人导航的路径规划算法。

其中，所述第一定位标签包括第一天线，所述第二定位标签包括第二天线，所述第一天线和所述第二天线大致布置于同一水平高度。在这种情况下，可以提升所述方位角计算的精度。

其中，所述第一天线与所述第二天线所在的直线方向大致垂直于所述机器人的正面朝向。由此，可以更准确地计算所述机器人的方位角。

根据本发明所提供的机器人导航方法及系统，能够根据机器人的位姿，实现精确导航。

附图说明

图1示出了本发明的实施方式所涉及的机器人导航方法的流程图；

图2示出了本发明的实施方式所涉及的机器人导航方法的获取方位角的流程图；

图3示出了本发明的实施方式所涉及的机器人导航方法的方位角计算的原理图；

图4示出了本发明的实施方式所涉及的机器人导航方法的另一实施方式的流程图；

图5示出了本发明所涉及的机器人导航方法的机器人移动路径示意图。

具体实施方式

以下，参考附图，详细地说明本发明的优选实施方式。在下面的说明中，对于相同的部件赋予相同的符号，省略重复的说明。另外，附图只是示意性的图，部件相互之间的尺寸的比例或者部件的形状等可以与实际的不同。

图1示出了本发明所涉及的机器人导航方法的流程图。机器人包括定位标签。机器人导航方法包括：

101、定位标签与基站通信，并获取机器人相对于基站的方位角。

102、机器人朝向基站移动并在移动过程中使方位角保持在预设值。

在这种情况下，机器人在移动过程中可以保持准确的朝向，实现精确导航。

可以理解的是，步骤102中，机器人朝向基站移动过程中，机器人根据实时获取的方位角信息，控制机器人移动并不断修正，使机器人的方位角保持在预设值。在一些示例中，预设值可以是0°～90°的任意值。

在一些示例中，基站可以布置于机器人移动的场景中，例如酒店、写字楼、餐厅等室内场景。在一些示例中，基站可以布置于室内的天花板上。

可以理解的是，在一些示例中，本发明所涉及的机器人导航方法可以与惯性导航定位、红外定位、超声波定位、激光定位、视觉定位等算法结合使用。由此，可以提升机器人的导航精度。

在一些示例中，定位标签可以包括定位模块和无线通讯模块。定位标签可以包括天线。

在一些示例中，定位标签可以与多个基站通信，从而确定机器人的方位角。

在本实施方式中，定位标签至少包括第一定位标签和第二定位标签。第一定位标签和第二定位标签相距预设距离。如图2所示，步骤101具体还包括：

201、第一定位标签与基站通信获取第一定位标签与基站之间的第一距离，第二定位标签与基站通信获取第二定位标签与基站之间的第二距离。

202、机器人根据第一距离、第二距离、第一定位标签和第二定位标之间的预设距离计算得出机器人相对于基站的方位角。

在这种情况下，机器人可以仅与一个基站通信即可确定机器人的方位角，机器人在移动过程中，两个定位标签可以通过与基站通信，计算机器人的方位角，并且方位角的计算不受机器人移动的影响，提升了机器人的定位精度。解决了机器人的朝向需要多个基站与机器人通信定位的问题。

可以理解的是，机器人可以根据第一定位标签与基站的通信，计算得出第一距离。机器人可以根据第二定位标签与基站的通信，计算得出第二距离。

图3示出了方位角计算的原理图。点A表示基站的位置，点B和点C分别表示第一定位标签以及第二定位标签的位置。AB表示第一距离，AC表示第二距离，BC表示预设距离。D为BC的中点。方位角δ为基站相对于机器人正面朝向的夹角。具体而言，机器人正面朝向可以是机器人在前进过程中正对的方向。在本实施方式中，方位角δ为AD与BC垂直平分线的夹角。

在本实施方式中，根据三角形中线定理，可以求得AD的长度。AB、BD、AD长度已知的情况下，根据三角形余弦定理可以求得AD与BD的夹角。AD与BD夹角的余角即为方位角δ。

在一些示例中，也可以通过其它算法计算方位角δ，在此不做赘述。

在本实施方式中，基站至少包括第一基站和第二基站。如图4所示，步骤102具体还包括：

401、机器人朝向第一基站移动并在移动过程中使方位角保持在第一预设值，机器人移动至距离第一基站第一指定距离后，朝向第二基站移动。

402、机器人朝向第二基站移动过程中使方位角保持在第二预设值。

由此，机器人在移动过程中，可通过多个基站实现精确路径导航。

在本市实施方式中，第一预设值与第二预设值均为0°。在这种情况下，通过使机器人正对基站移动，可以使每个基站作为导航参考节点，机器人只需依次沿着基于每个基站设定的路径移动，即可到达预设目的地，简化了机器人导航的路径规划算法。

图5示出了第一预设值与第二预设值均为0°时，机器人应用本发明所涉及的导航方法的导航路径示意图。在本实施方式中，机器人1相对于基站10的方位角保持在0°，并朝向基站10移动至位置11。位置11距离基站10的距离为第一指定距离。机器人1到达位置11后，朝向第二基站20移动。机器人1在朝向第二基站20移动的过程中，保持相对于基站20的方位角为0°。

可以理解的是，机器人1可以朝向第二基站20移动至距离第二基站20第二指定距离，即移动至位置21(见图5)。之后，机器人可以朝向其它方向继续前进，机器人导航的方法可以依据步骤401和步骤402。可以理解的是，机器人也可以采用其它导航方法移动，或者本发明所涉及的导航方法结合使用。

本发明还提供一种机器人导航系统。系统包括：机器人和基站。机器人包括定位标签和控制模块。

进一步地，定位标签用于与基站通信，并获取机器人相对于基站的方位角。

进一步地，控制模块用于机器人朝向基站的移动过程中，控制方位角保持在预设值。

在这种情况下，机器人在移动过程中可以保持准确的朝向，实现精确导航。

在一些示例中，控制模块可以是具有控制机器人移动功能的模块。在一些示例中，控制模块可以包括中央处理器。

在一些示例中，定位标签可以包括定位模块和无线通讯模块。

在本实施方式中，定位标签可以包括第一定位标签和第二定位标签。机器人还可以包括处理模块。在一些示例中，处理模块也可以包括其他具有计算功能的模块。

进一步地，第一定位标签与基站通信，并获取第一定位标签与基站之间的第一距离。第二定位标签与基站通信，并获取第二定位标签与基站之间的第二距离。

进一步地，处理模块用于根据第一距离、第二距离和预设距离计算得出机器人相对于基站的方位角。

由此，机器人可以仅与一个基站通信即可确定机器人的方位角，并且不受机器人移动对方位角测量的影响，提升了机器人的定位精度。

在本实施方式中，方位角的计算可以参考图3所示的方位角计算的原理图，在此不做赘述。

在本实施方式中，基站至少包括第一基站和第二基站。

进一步地，控制模块用于机器人朝向第一基站的移动过程中，控制方位角保持在第一预设值。并且控制机器人移动至距离第一基站第一指定距离后，朝向第二基站移动。

进一步地，控制模块用于机器人朝向第二基站的移动过程中，控制方位角保持在第二预设值。

由此，机器人在移动过程中，可通过多个基站实现精确路径导航。

在本实施方式中，第一预设值与第二预设值均为0°。在这种情况下，通过使机器人保持正对基站移动，可以使每个基站作为导航参考节点，机器人只需依次沿着基于每个基站设定的路径移动，即可到达预设目的地，简化了机器人导航的路径规划算法。

在本实施方式中，第一定位标签与第二定位标签大致布置于同一水平高度。具体而言，第一定位标签和第二定位标签与地面的距离相同。由此，可以提升所述方位角计算的精度。

在本实施方式中，第一定位标签包括第一天线。第二定位标签包括第二天线。第一天线和第二天线大致布置于同一水平高度。在这种情况下，可以提升所述方位角计算的精度。

在本实施方式中，第一天线和第二天线布置于机器人的顶部。具体而言，机器人的顶部可以具有支撑结构。第一天线和第二天线可以布置于支撑结构的两侧。第一天线和第二天线可以平行设置。由此，可以便于第一天线和第二天线接收和发送与基站的通信信号。

在本实施方式中，第一天线与第二天线所在的直线方向大致垂直于机器人的正面朝向。在这种情况下，可以更准确地计算所述机器人的方位角。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同更换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种机器人导航方法，其特征在于，所述机器人包括定位标签，所述定位标签至少包括第一定位标签和第二定位标签，所述第一定位标签和第二定位标签相距预设距离，所述方法包括：

所述定位标签与基站通信获取所述机器人相对于所述基站的方位角；

所述定位标签与基站通信获取所述机器人相对于所述基站的方位角的步骤，具体包括：

所述第一定位标签与所述基站通信获取所述第一定位标签与所述基站之间的第一距离，所述第二定位标签与所述基站通信获取所述第二定位标签与所述基站之间的第二距离；

所述机器人根据所述第一距离、所述第二距离和所述预设距离计算得出所述机器人相对于所述基站的方位角，所述方位角为所述基站相对于所述机器人朝向的夹角；

所述机器人朝向所述基站移动并在移动过程中使所述方位角保持在预设值。

2.如权利要求1所述的机器人导航方法，其特征在于，所述基站至少包括第一基站和第二基站；所述机器人朝向所述基站移动并在移动过程中使所述方位角保持在预设值的步骤，具体包括：

所述机器人朝向所述第一基站移动并在移动过程中使所述方位角保持在第一预设值，所述机器人移动至距离所述第一基站第一指定距离后，朝向所述第二基站移动；

所述机器人朝向所述第二基站移动过程中使所述方位角保持在第二预设值。

3.如权利要求2所述的机器人导航方法，其特征在于，所述第一预设值与所述第二预设值均为0°。

4.一种机器人导航系统，其特征在于，包括：机器人和基站，所述机器人包括定位标签和控制模块，所述定位标签包括第一定位标签和第二定位标签，所述机器人还包括处理模块；

所述第一定位标签用于与所述基站通信，并获取所述第一定位标签与所述基站之间的第一距离，所述第二定位标签用于与所述基站通信，并获取所述第二定位标签与所述基站之间的第二距离，所述第一定位标签和第二定位标签相距预设距离；

所述处理模块用于根据所述第一距离、所述第二距离和所述预设距离计算得出所述机器人相对于所述基站的方位角，所述方位角为所述基站相对于所述机器人朝向的夹角；

所述控制模块用于所述机器人朝向所述基站的移动过程中，控制所述方位角保持在预设值。

5.如权利要求4所述的机器人导航系统，其特征在于，所述基站至少包括第一基站和第二基站；

所述控制模块用于所述机器人朝向所述第一基站的移动过程中，控制所述方位角保持在第一预设值；并且控制所述机器人移动至距离所述第一基站第一指定距离后，朝向所述第二基站移动；

所述控制模块用于所述机器人朝向所述第二基站的移动过程中，控制所述方位角保持在第二预设值。

6.如权利要求5所述的机器人导航系统，其特征在于，所述第一预设值与所述第二预设值均为0°。

7.如权利要求4所述的机器人导航系统，其特征在于，所述第一定位标签包括第一天线，所述第二定位标签包括第二天线，所述第一天线和所述第二天线大致布置于同一水平高度。

8.如权利要求7所述的机器人导航系统，其特征在于，所述第一天线与所述第二天线所在的直线方向大致垂直于所述机器人的正面朝向。

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