CN111474561B - 一种适用于智能机器人的定位系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种适用于智能机器人的定位系统，该种定位系统包括多个定位卫星，多个近点定位设备和多个处于运行状态的智能机器人，于每个智能机器人中设置有一定位单元，定位单元具体包括远程定位模块、第一判断模块、第一请求模块、第二判断模块、第二请求模块、定位切换模块、近点定位模块和交互定位模块。通过本技术方案，能够实现智能机器人的自动定位切换，当卫星定位信号正常情况下，当卫星定位信号弱的情况下依托设置的近点定位设备进行定位，并在未设置有近点定位设备的环境中根据多个智能机器人的协同交互确定当前所处的相对位置，能够适用于不同应用场景，无需人工操作的介入，提升了智能机器人的自主性和适用性。

Description

一种适用于智能机器人的定位系统
技术领域
本发明涉及智能机器人定位领域，尤其涉及一种适用于智能机器人的定位系统。
背景技术
在智能机器人定位领域，现有技术通常采用GPS卫星定位等手段以实现对于智能机器人实时位置的确定，但是考虑到卫星信号的覆盖范围有限以及特殊环境对于卫星信号的屏蔽，在某些特殊环境下智能机器人难以通过GPS的单一定位方法实现有效定位，需要能够由多种定位模式配合其完成实时且精确的定位工作。
同时，针对现有的机器人，其许多工况信息的交互与切换由于缺乏预设的判断条件，往往需要人为通过遥控等手段对切换动作及命令加以发布，不能体现智能机器人的高智能化和自主化程度，需要提供一种可行的解决方案加以克服。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种适用于智能机器人的定位系统，具体技术方案如下所示：
一种适用于智能机器人的定位系统，该种定位系统包括多个定位卫星，多个近点定位设备和多个处于运行状态的智能机器人，于每个智能机器人中设置有一定位单元；
定位单元具体包括：
远程定位模块，用于根据外部的多个定位卫星对智能机器人的实时位置进行持续定位，并输出一实时位置信息；
第一判断模块，连接远程定位模块，用于判断远程定位模块接收到的多个定位卫星的平均信号强度是否大于一预设阈值，输出一第一判断结果；
第一请求模块，连接第一判断模块，用于根据第一判断结果，当平均信号强度小于等于预设阈值时，向外部持续发送一近场定位请求，并保持反馈信号接收窗口的持续开启；
第二判断模块，连接第一请求模块，用于判断反馈信号接收窗口于一预设时间段内是否接受到反馈信号，输出一第二判断结果；
第二请求模块，连接第二判断模块，用于根据第二判断结果，当反馈信号接收窗口于预设时间段内未接收到反馈信号时，向外部持续发送一交互定位请求；
定位切换模块，连接第一判断模块和第二判断模块，用于根据第一判断结果和第二判断结果，当平均信号强度小于等于预设阈值且反馈信号接收窗口于预设时间段内接收到反馈信号时，输出一第一切换信号，并当平均信号强度小于等于预设阈值且反馈信号接收窗口于预设时间段内未接收到反馈信号时，输出第二切换信号；
近点定位模块，连接定位切换模块，用于根据第一切换信号进行开启，并根据外部的多个近点定位设备对智能机器人的实时位置进行定位，并输出实时位置信息；
交互定位模块，连接定位切换模块，用于根据第二切换信号进行开启，并根据外部的其他智能机器人的实时位置对智能机器人的相对位置进行定位，并输出一实时相对位置信息。
优选的，该种定位系统，其中定位单元还包括一近场定位模块；
近场定位模块分别连接远程定位模块和近点定位模块，用于获取智能机器人的实时位置变化信息，并根据实时位置变化信息与实时位置信息进行处理，输出智能机器人的准确定位信息。
优选的，该种定位系统，其中第一判断模块每间隔一预设时间输出一次实时的第一判断结果。
优选的，该种定位系统还包括一云服务端，云服务端分别远程连接每个智能机器人；
定位单元还包括一发送模块，发送模块连接远程定位模块，用于将远程定位模块输出的所示实时位置信息发送至云服务端。
优选的，该种定位系统，其中发送模块还连接近点定位模块和交互定位模块；
当近点定位模块开启时，发送模块将近点定位模块输出的实时位置信息发送至云服务端；
当交互定位模块开启时，发送模块将交互定位模块输出的实时相对位置信息发送至云服务端。
优选的，该种定位系统，其中云服务端包括一位置计算单元；
位置计算单元根据实时相对位置信息进行处理，输出智能机器人的实时位置信息。
优选的，该种定位系统，其中云服务端包括一第一判断单元；
第一判断单元用于根据实时位置信息，持续判断实时位置信息是否持续一第一预设时间未发生变化，并当实时位置信息持续第一预设时间未发生变化时直接向近点定位模块发送第一切换信号。
优选的，该种定位系统，其中云服务端包括一第二判断单元；
第二判断单元用于根据实时位置信息，持续判断实时位置信息是否持续一第二预设时间未发生变化，并当实时位置信息持续第二预设时间未发生变化时直接向交互定位模块发送第二切换信号。
优选的，该种定位系统中，近点定位设备的数量至少为3个。
优选的，该种定位系统中，处于运行状态的智能机器人的数量至少为4个。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：
通过本技术方案，能够实现智能机器人的自动定位切换，当卫星定位信号正常情况下，当卫星定位信号弱的情况下依托设置的近点定位设备进行定位，并在未设置有近点定位设备的环境中根据多个智能机器人的协同交互确定当前所处的相对位置，能够适用于不同应用场景并实现自主切换，无需人工操作的介入，提升了智能机器人的自主性和适用性。
附图说明
图1为本发明一种适用于智能机器人的定位系统中，定位单元的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种适用于智能机器人的定位系统，应用于智能机器人定位领域，具体技术方案如下所示：
一种适用于智能机器人的定位系统，该种定位系统包括多个定位卫星，多个近点定位设备和多个处于运行状态的智能机器人，于每个智能机器人中设置有一定位单元；
如图1所示，定位单元具体包括：
远程定位模块1，用于根据外部的多个定位卫星对智能机器人的实时位置进行持续定位，并输出一实时位置信息；
第一判断模块2，连接远程定位模块1，用于判断远程定位模块接收到的多个定位卫星的平均信号强度是否大于一预设阈值，输出一第一判断结果；
第一请求模块3，连接第一判断模块2，用于根据第一判断结果，当平均信号强度小于等于预设阈值时，向外部持续发送一近场定位请求，并保持反馈信号接收窗口的持续开启；
第二判断模块4，连接第一请求模块3，用于判断反馈信号接收窗口于一预设时间段内是否接受到反馈信号，输出一第二判断结果；
第二请求模块5，连接第二判断模块4，用于根据第二判断结果，当反馈信号接收窗口于预设时间段内未接收到反馈信号时，向外部持续发送一交互定位请求；
定位切换模块6，连接第一判断模块2和第二判断模块4，用于根据第一判断结果和第二判断结果，当平均信号强度小于等于预设阈值且反馈信号接收窗口于预设时间段内接收到反馈信号时，输出一第一切换信号，并当平均信号强度小于等于预设阈值且反馈信号接收窗口于预设时间段内未接收到反馈信号时，输出第二切换信号；
近点定位模块7，连接定位切换模块6，用于根据第一切换信号进行开启，并根据外部的多个近点定位设备对智能机器人的实时位置进行定位，并输出实时位置信息；
交互定位模块8，连接定位切换模块6，用于根据第二切换信号进行开启，并根据外部的其他智能机器人的实时位置对智能机器人的相对位置进行定位，并输出一实时相对位置信息。
作为优选的实施方式，该种定位系统，其中定位单元还包括一近场定位模块；
近场定位模块分别连接远程定位模块1和近点定位模块7，用于获取智能机器人的实时位置变化信息，并根据实时位置变化信息与实时位置信息进行融合，输出智能机器人的准确定位信息。
在本发明的一较佳实施例中，通过增设近场定位模块来进一步提升定位的精准性：虽然GPS的远程定位比较精确，但当智能机器人处于复杂的动态环境中进行移动时，GPS多路径反射的问题会很明显，导致最终定位信息产生米数量级的误差，且由于GPS的更新频率较低，在智能机器人进行快速移动时难以给出准确的实时定位，有必要借助近场定位模块来进行辅助融合定位以提升定位精度。在上述较佳实施例中，近场定位模块采用设置在智能机器人内部的惯性传感器和/或视觉量程计进行实现，通过获取智能机器人实时的位移与转动信息，与GPS或基站定位的远程信号进行融合，来提升智能机器人的实时定位精度。
更进一步的，于实际应用场景中，远程定位模块、近点定位模块以及近场定位模块往往采取模块化整合的方式协同项智能机器人提供精准的定位服务，其中：远程定位模块采用卫星定位以提供以高精度的定位基础，近点定位模块和近场定位模块用于当卫星定位信号弱无法及时更新时进行补充定位，近场定位模块包括但不限于惯性传感器、视觉里程计等用于获取机器人相对位置的姿态感应模块，基于模糊算法得到预估的机器人相对位置。在此需要强调的是，近点定位模块和近场定位模块的相对位置定位是基于远程定位模块提供的定位基础来实现的，两者直接是通过适应性算法进行相互融合互补而非单纯的替换。
作为优选的实施方式，该种定位系统，其中第一判断模块2每间隔一预设时间输出一次实时的第一判断结果。
作为优选的实施方式，该种定位系统还包括一云服务端，该云服务端分别远程连接每个智能机器人；
定位单元还包括一发送模块，发送模块连接远程定位模块，用于将远程定位模块输出的所示实时位置信息发送至云服务端。
作为优选的实施方式，该种定位系统，其中发送模块还连接近点定位模块7和交互定位模块8；
当近点定位模块开启时，发送模块将近点定位模块7输出的实时位置信息发送至云服务端；
当交互定位模块开启时，发送模块将交互定位模块8输出的实时相对位置信息发送至云服务端。
作为优选的实施方式，该种定位系统，其中云服务端包括一位置计算单元；
位置计算单元根据实时相对位置信息进行处理，输出智能机器人的实时位置信息。
作为优选的实施方式，该种定位系统，其中云服务端包括一第一判断单元；
第一判断单元用于根据实时位置信息，持续判断实时位置信息是否持续一第一预设时间未发生变化，并当实时位置信息持续第一预设时间未发生变化时直接向近点定位模块7发送第一切换信号。
作为优选的实施方式，该种定位系统，其中云服务端包括一第二判断单元；
第二判断单元用于根据实时位置信息，持续判断实时位置信息是否持续一第二预设时间未发生变化，并当实时位置信息持续第二预设时间未发生变化时直接向交互定位模块8发送第二切换信号。
作为优选的实施方式，该种定位系统中，近点定位设备的数量至少为3个。
作为优选的实施方式，该种定位系统中，处于运行状态的智能机器人的数量至少为4个。
在本发明的较佳实施例中，基于三点定位原理，为了能够使近点定位模块和交互定位模块能够更为精准地完成定位工作，于该种定位系统中设定近点定位设备的数量不能少于3个，同时处于运行状态的智能机器人的数量不能少于4个。
现提供一具体实施例对本技术方案进行进一步阐释和说明：
在本发明的具体实施例中，智能机器人依托本技术方案提出的定位系统能够有效实现智能机器人的实时定位功能：
在本具体实施例中，还包括一云服务端，每个智能机器人均连接云服务端并将定位信息上传云服务端以供操作人员进行后续操控使用；
在起始状态下，该种智能机器人通过卫星定位的方式进行定位，该种定位方法最为精确，同时智能机器人持续对卫星信号进行检测，当卫星信号过弱时会导致定位的不精准，此时需要切换定位方式来进行克服；
智能机器人首先通过持续向外部发送定位请求来搜寻智能机器人所处环境中可能存在的近点定位设备，近点定位设备可以是设置在预设场地内的定位杆，通过射频等无线信号与智能机器人实现远程连接，智能机器人根据近点定位设备的设置位置和信号回传速度确定自身目前所处的实时位置，在特殊环境下较之卫星定位更为准确；
若智能机器人所处环境中未曾预先设置近点定位设备，或机器人目前位置距离近点定位设备距离较远以至于无法与近点定位设备实现有效连接，该种情况下智能机器人通过交互定位模块连接自身附近的其他智能机器人，通过相对位置的确定以实现相对位置的确定，云服务端可以通过相对位置信息以及其他机器人所处的位置信息间接获取并计算出该智能机器人的实时位置。
特别地，于上述具体实施例中，云服务端也能够直接介入智能机器人的定位切换过程：云服务端中包含一判断单元，用于根据实时位置信息，持续判断运行状态下的智能机器人的实时位置信息是否持续一段时间未发生变化，若该智能机器人的实时位置信息处于一段时间内持续未发生变化，说明其存在潜在的定位失败问题，此时虽然可能卫星信号尚未低于预设阈值，云服务端可以直接接入并给出相应的定位系统切换指令。
综上所述，通过本技术方案，能够实现智能机器人的自动定位切换，当卫星定位信号正常情况下，当卫星定位信号弱的情况下依托设置的近点定位设备进行定位，并在未设置有近点定位设备的环境中根据多个智能机器人的协同交互确定当前所处的相对位置，能够适用于不同应用场景并实现自主切换，无需人工操作的介入，提升了智能机器人的自主性和适用性。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种适用于智能机器人的定位系统，其特征在于，所述定位系统包括多个定位卫星，多个近点定位设备和多个处于运行状态的所述智能机器人，一云服务端，每个智能机器人均连接云服务端并将定位信息上传云服务端以供操作人员进行后续操控，近点定位设备的数量至少为3个；处于运行状态的所述智能机器人的数量至少为4个；于每个所述智能机器人中设置有一定位单元；
所述定位单元具体包括：
远程定位模块，用于根据外部的多个定位卫星对所述智能机器人的实时位置进行持续定位，并输出一实时位置信息；
一发送模块，所述发送模块连接所述远程定位模块，用于将所述远程定位模块输出的所示实时位置信息发送至所述云服务端；
第一判断模块，连接所述远程定位模块，用于判断所述远程定位模块接收到的多个所述定位卫星的平均信号强度是否大于一预设阈值，输出一第一判断结果；
第一请求模块，连接所述第一判断模块，用于根据所述第一判断结果，当所述平均信号强度小于等于所述预设阈值时，向外部持续发送一近场定位请求，并保持反馈信号接收窗口的持续开启；
第二判断模块，连接所述第一请求模块，用于判断所述反馈信号接收窗口于一预设时间段内是否接受到反馈信号，输出一第二判断结果；
第二请求模块，连接所述第二判断模块，用于根据所述第二判断结果，当所述反馈信号接收窗口于所述预设时间段内未接收到所述反馈信号时，向外部持续发送一交互定位请求；
定位切换模块，连接所述第一判断模块和所述第二判断模块，用于根据所述第一判断结果和所述第二判断结果，当所述平均信号强度小于等于所述预设阈值且所述反馈信号接收窗口于所述预设时间段内接收到所述反馈信号时，输出一第一切换信号，并当所述平均信号强度小于等于所述预设阈值且所述反馈信号接收窗口于所述预设时间段内未接收到所述反馈信号时，输出第二切换信号；
近点定位模块，连接所述定位切换模块，用于根据所述第一切换信号进行开启，并根据外部的多个所述近点定位设备对所述智能机器人的实时位置进行定位，并输出所述实时位置信息；
交互定位模块，连接所述定位切换模块，用于根据所述第二切换信号进行开启，并根据外部的其他所述智能机器人的实时位置对所述智能机器人的相对位置进行定位，并输出一实时相对位置信息；
所述定位单元还包括一近场定位模块；
所述近场定位模块采用设置在智能机器人内部的惯性传感器和/或视觉量程计进行实现，通过获取智能机器人实时的位移与转动信息，与所述远程定位模块输出的位置信息进行融合，来提升智能机器人的实时定位精度；
近场定位模块包括惯性传感器和视觉里程计，用于获取机器人相对位置的姿态感应模块，基于模糊算法得到预估的机器人相对位置，分别连接所述远程定位模块和所述近点定位模块，用于获取所述智能机器人的实时位置变化信息，并根据所述实时位置变化信息与所述实时位置信息进行处理，输出所述智能机器人的准确定位信息；
云服务端中包含一判断单元，用于根据实时位置信息，持续判断运行状态下的智能机器人的实时位置信息是否持续一段时间未发生变化，若该智能机器人的实时位置信息处于一段时间内持续未发生变化，说明其存在潜在的定位失败问题，此时虽然可能卫星信号尚未低于预设阈值，云服务端可以直接接入并给出相应的定位系统切换指令；
若智能机器人所处环境中未曾预先设置近点定位设备，或机器人目前位置距离近点定位设备距离较远以至于无法与近点定位设备实现有效连接，该种情况下智能机器人通过交互定位模块连接自身附近的其他智能机器人，通过相对位置的确定以实现相对位置的确定，云服务端可以通过相对位置信息以及其他机器人所处的位置信息间接获取并计算出该智能机器人的实时位置。
2.如权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述第一判断模块每间隔一预设时间输出一次实时的所述第一判断结果。
3.如权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述发送模块还连接所述近点定位模块和所述交互定位模块；
当所述近点定位模块开启时，所述发送模块将所述近点定位模块输出的所述实时位置信息发送至所述云服务端；
当所述交互定位模块开启时，所述发送模块将所述交互定位模块输出的所述实时相对位置信息发送至所述云服务端。
4.如权利要求3所述的定位系统，其特征在于，所述云服务端包括一位置计算单元；
所述位置计算单元根据所述实时相对位置信息进行处理，输出所述智能机器人的所述实时位置信息。
5.如权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述云服务端包括一第一判断单元；
所述第一判断单元用于根据所述实时位置信息，持续判断所述实时位置信息是否持续一第一预设时间未发生变化，并当所述实时位置信息持续所述第一预设时间未发生变化时直接向所述近点定位模块发送所述第一切换信号。
6.如权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述云服务端包括一第二判断单元；
所述第二判断单元用于根据所述实时位置信息，持续判断所述实时位置信息是否持续一第二预设时间未发生变化，并当所述实时位置信息持续所述第二预设时间未发生变化时直接向所述交互定位模块发送所述第二切换信号。
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