CN114440890A - 一种室内移动机器人的激光导航装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种室内移动机器人的激光导航装置，包括移动机器人、主控单元、激光收发机构以及自检机构，主控单元内存储有初始导航地图以及导航路线，自检机构包括电动推杆、旋转电机、U型板、金属板、复位弹簧以及电磁铁，移动机器人按照导航路线进行移动，在移动时实时控制电磁铁的通断电以及通电电流，以改变金属板在U型板上的形态，金属板的不同排列形态对应不同的位置信息，当需要判断移动机器人移动是否同步时，停止移动机器人的移动，通过激光收发机构向外部发出激光以获取定位信息，然后将激光收发机构移动到自检腔内向U型板发出激光以获取位置信息，通过比对定位信息以及位置信息来判断移动是否同步，以确保移动机器人的正常运作。

Description

一种室内移动机器人的激光导航装置

技术领域

本发明涉及机器人导航技术领域，特别涉及一种室内移动机器人的激光导航装置。

背景技术

随着科技的不断发展，由机器代替人工进行工作的领域也在不断增多，在物流行业中，通过分拣机器人可以实现快件的运输以及分拣；在餐饮行业中，通过配菜机器人关联桌号后，可以实现客户自助下单后将菜品运送到客户的餐桌旁；在家居行业中，扫地机器人可以自动构建室内环境地图，并对室内地板上的垃圾进行吸除。

机器人在移动到目的地时需要按照导航路线来移动，导航需要对机器人的位置进行定位，目前的定位技术一般是先对室内环境数据进行采集，然后通过激光反射室内固定障碍物的数据来确定位置，然而机器人在长时间的使用中，其激光收发装置可能会存在不灵敏问题，导致其移动的过程中发生不同步现象，现有的激光导航机器人不具备自检的功能，需要工作人员手动进行检查，无法快速恢复移动机器人的正常运作。

发明内容

鉴于此，本发明提出一种室内移动机器人的激光导航装置，可以其移动过程进行自检，判断当前移动是否同步，以确保移动机器人的正常运作。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种室内移动机器人的激光导航装置，包括移动机器人、主控单元、激光收发机构以及自检机构，所述移动机器人内部设置有自检腔，所述自检机构设置在自检腔中，所述主控单元设置在移动机器人内部，其内存储有初始导航地图以及导航路线，所述激光收发机构设置在移动机器人外表面；所述自检机构包括电动推杆、旋转电机、U型板、金属板、复位弹簧以及电磁铁，所述移动机器人一侧设置有穿行口，所述激光收发机构设置在穿行口处，所述U型板的开口朝向穿行口，所述旋转电机设置在自检腔顶面，其输出轴与电动推杆顶面连接，所述电动推杆的输出轴经穿行口与激光收发机构连接，所述U型板的U型凹腔侧壁上设置有若干安装槽，所述金属板以及复位弹簧设置在凹槽中，所述复位弹簧连接凹槽侧壁以及金属板侧壁，所述电磁铁设置在凹槽侧壁上，并位于金属板对侧，所述主控单元分别与移动机器人、激光收发机构、电动推杆、旋转电机以及电磁铁电连接。

优选的，所述自检机构还包括旋转板以及连杆，所述旋转电机输出轴与旋转板顶面连接，所述电动推杆设置在旋转板底面，其输出轴与连杆一端连接，所述连杆另一端与激光收发机构连接。

优选的，所述激光收发机构包括第一激光收发器以及第二激光收发器，所述第一激光收发器设置在穿行口处，所述第二激光收发器设置在移动机器人外侧壁，并位于第二激光收发器下方。

优选的，还包括定位导航单元，所述定位导航单元设置在移动机器人内部，其包括：

第一获取单元，用于获取第一激光收发器发送的第一激光数据；

匹配单元，用于将第一激光数据与初始导航地图进行匹配以得到移动机器人的定位信息；

第二获取单元，用于获取第二激光收发器发送的第二激光数据；

路线生成单元，用于根据第二激光数据以及定位信息生成导航路线信息；

所述第一获取单元分别与第一激光收发器以及匹配单元数据连接，所述第二获取单元分别与第二激光收发器以及路线生成单元数据连接，所述路线生成单元分别与匹配单元以及主控单元数据连接，所述主控单元与匹配单元数据连接。

优选的，所述主控单元内部存储有与初始导航地图对应的预设距离数据库，所述匹配单元包括：

第一提取单元，用于从第一激光数据中提取第一激光收发器与第一激光收发器同一水平面上障碍物之间的第一距离数据；

距离数据匹配单元，用于将第一距离数据与预设距离数据库进行匹配以得到定位信息；

所述预设距离数据库包括在初始状态下，外界环境中各个坐标位置的障碍物之间的初始距离数据的集合，所述第一提取单元分别与第一获取单元以及距离数据匹配单元数据连接，所述距离数据匹配单元分别与主控单元以及路线生成单元数据连接。

优选的，所述距离数据匹配单元包括：

判断单元，用于判断第一距离数据与所有的初始距离数据的匹配率是否达到预设阈值；

选取单元，用于当有多个初始距离数据与第一距离数据的匹配率达到阈值时，选取匹配率最高的初始距离数据作为匹配距离数据；

第二提取单元，用于提取匹配距离数据中的坐标位置作为定位信息；

所述判断单元分别与第一提取单元以及选取单元数据连接，所述第二提取单元分别与主控单元、选取单元以及路线生成单元数据连接。

优选的，所述距离数据匹配单元还包括重新获取单元，所述重新获取单元用于当所有的初始距离数据与第一距离数据的匹配率都未达到预设阈值时，重新驱动第一获取单元获取第一激光数据，所述重新获取单元分别与第一获取单元以及判断单元数据连接。

优选的，所述距离匹配数据还包括警报单元，所述警报单元用于当重新获取第一激光数据的次数达到预设次数时发送警报信息，所述警报单元分别与主控单元以及重新获取单元数据连接。

优选的，所述路线生成单元包括：

第三提取单元，用于从第二激光数据中提取外界环境中第二激光收发器与第二激光收发器同一水平面上障碍物之间的第二距离数据；

替换单元，用于将第二距离数据替换初始导航地图中定位信息所对应的初始距离数据以生成实时导航地图；

生成子单元，用于根据实时导航地图生成导航路线信息；

所述第三提取单元分别与第二获取单元以及替换单元数据连接，所述替换单元分别与距离数据匹配单元以及生成子单元数据连接，所述主控单元分别与替换单元以及生成子单元数据连接。

优选的，所述生成子单元包括：

排除单元，用于根据实时导航地图中的距离数据排除障碍物区域以生成可通行区域；

集合单元，用于将所有的可通行区域根据坐标位置集合起来以生成导航路线信息；

所述排除单元分别与集合单元以及替换单元数据连接，所述集合单元与主控单元数据连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供了一种室内移动机器人的激光导航装置，移动机器人可以根据主控单元内置的初始导航地图以及导航路线在室内进行移动，主控单元根据移动机器人的移动速率以及导航路线对应的控制电磁铁的通电以及通电电流的大小，使U型板上金属板的排列改变，金属板的不同排列形态对应不同的位置信息，当需要检测激光收发机构的功能是否正常时，停止移动机器人的移动，然后由激光收发机构发射激光到室内建筑物，用于判断当前定位信息，然后将激光收发机构收入到自检腔中，转动激光收发机构朝向U型板，激光收发机构发射激光到U型板上，根据反射回来的激光判断位置信息，对比位置信息以及定位信息，判断两者是否一致，以此来确定移动机器人是否同步运作，保证移动机器人的正常运作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种室内移动机器人的激光导航装置的移动机器人的内部结构示意图；

图2为本发明的一种室内移动机器人的激光导航装置的移动机器人的U型板的结构示意图；

图3为图1中A处的放大图；

图4为本发明的一种室内移动机器人的激光导航装置的移动机器人的原理示意图；

图中，1为移动机器人，2为主控单元，3为自检腔，4为电动推杆，5为旋转电机，6为U型板，7为金属板，8为复位弹簧，9为电磁铁，10为穿行口，11为安装槽，12为旋转板，13为连杆，14为第一激光收发器，15为第二激光收发器，16为定位导航单元，17为第一获取单元，18为匹配单元，19为第二获取单元，20为路线生成单元，21为第一提取单元，22为距离数据匹配单元，23为判断单元，24为选取单元，25为第二提取单元，26为重新获取单元，27为警报单元，28为第三提取单元，29为替换单元，30为生成子单元，31为排除单元，32为集合单元。

具体实施方式

为了更好理解本发明技术内容，下面提供一具体实施例，并结合附图对本发明做进一步的说明。

参见图1至图4，本发明提供的一种室内移动机器人1的激光导航装置，包括移动机器人1、主控单元2、激光收发机构以及自检机构，所述移动机器人1内部设置有自检腔3，所述自检机构设置在自检腔3中，所述主控单元2设置在移动机器人1内部，其内存储有初始导航地图以及导航路线，所述激光收发机构设置在移动机器人1外表面；所述自检机构包括电动推杆4、旋转电机5、U型板6、金属板7、复位弹簧8以及电磁铁9，所述移动机器人1一侧设置有穿行口10，所述激光收发机构设置在穿行口10处，所述U型板6的开口朝向穿行口10，所述旋转电机5设置在自检腔3顶面，其输出轴与电动推杆4顶面连接，所述电动推杆4的输出轴经穿行口10与激光收发机构连接，所述U型板6的U型凹腔侧壁上设置有若干安装槽11，所述金属板7以及复位弹簧8设置在凹槽中，所述复位弹簧8连接凹槽侧壁以及金属板7侧壁，所述电磁铁9设置在凹槽侧壁上，并位于金属板7对侧，所述主控单元2分别与移动机器人1、激光收发机构、电动推杆4、旋转电机5以及电磁铁9电连接。

本发明的一种室内移动机器人1的激光导航装置，在投入使用前，先将移动机器人1在室内环境中进行移动以构建室内地图环境，在移动的过程中，激光收发机构不断的发射激光到室内建筑上，根据反射的激光数据来获取障碍物的距离以及高度等以构建室内地图，在激光收发机构发射激光以构建室内地图的同时，主控单元2可以对应的控制电磁铁9的通断电以及通电的电流大小，从而改变金属板7位于U型板6上的形态，金属板7在U型板6上的不同形态组合对应于室内的不同位置，在完全构建完室内地图后，即完成移动机器人1的前期准备。

移动机器人1可以根据主控单元2内存储的初始导航地图以及导航路线进行移动，在移动的过程中，主控单元2可以根据移动机器人1的移动速率以及导航路线实时的控制电磁铁9的通断电以及通电的大小，从而可以实时改变U型板6上的金属板7的排列形态，当需要检测移动是否同步时，主控单元2可以停止移动机器人1的移动，然后由激光收发机构发射激光到室内环境，根据反射回来的激光可以获得当前的定位信息，然后主控单元2控制电动推杆4带动激光收发机构从穿行口10处伸入到自检腔3中，并通过旋转电机5将激光收发机构旋转180度朝向U型板6，激光收发机构可以发射激光到U型板6上，并接收返回的激光，以此来获得对应的位置信息，然后对比位置信息以及定位信息，判断二者是否一致，从而可以判断移动机器人1是否为同步运行的，当不同步运作时，可以及时进行故障排查。

优选的，所述自检机构还包括旋转板12以及连杆13，所述旋转电机5输出轴与旋转板12顶面连接，所述电动推杆4设置在旋转板12底面，其输出轴与连杆13一端连接，所述连杆13另一端与激光收发机构连接。

所设置的旋转板12可以供电动推杆4的安装，而连杆13可以在电动推杆4的带动下，拉动激光收发机构沿着穿行口10移动。

优选的，所述激光收发机构包括第一激光收发器14以及第二激光收发器15，所述第一激光收发器14设置在穿行口10处，所述第二激光收发器15设置在移动机器人1外侧壁，并位于第二激光收发器15下方。

通过利用第一激光收发器14和第二激光收发器15配合起来实现导航定位，第一激光收发器14位于离地面较高位置，用于测量较高位置的障碍物数据，由于较高位置大多是墙体或者柱子，不容易移动，因此以此为依据获取的定位信息较为准确；同时由于移动机器人1在地面上移动，通过较低位置的第二激光收发器15来获取距离地面较低位置的障碍物数据，则可得到可通行区域，实现避障，这样双激光配合起来，就可以保证移动机器人1能够在经常变换的环境中定位准确，避障准确。

优选的，还包括定位导航单元16，所述定位导航单元16设置在移动机器人1内部，其包括：

第一获取单元17，用于获取第一激光收发器14发送的第一激光数据；

匹配单元18，用于将第一激光数据与初始导航地图进行匹配以得到移动机器人1的定位信息；

第二获取单元19，用于获取第二激光收发器15发送的第二激光数据；

路线生成单元20，用于根据第二激光数据以及定位信息生成导航路线信息；

所述第一获取单元17分别与第一激光收发器14以及匹配单元18数据连接，所述第二获取单元19分别与第二激光收发器15以及路线生成单元20数据连接，所述路线生成单元20分别与匹配单元18以及主控单元2数据连接，所述主控单元2与匹配单元18数据连接。

通过所设置的定位导航单元16可以获得当前移动机器人1的定位信息，并可以生成相应的导航路线信息，主控单元2可以将定位信息与位置信息进行对比，用于判断移动是否同步，同时可以根据导航路线信息对应的驱动移动机器人1按照导航路线进行移动。

所设置的第一获取单元17和第二获取单元19可以分别获取第一激光收发器14和第二激光收发器15发送的激光数据，第一激光数据用于生成定位信息，第二激光数据用于生成导航路线信息。

优选的，所述主控单元2内部存储有与初始导航地图对应的预设距离数据库，所述匹配单元18包括：

第一提取单元21，用于从第一激光数据中提取第一激光收发器14与第一激光收发器14同一水平面上障碍物之间的第一距离数据；

距离数据匹配单元22，用于将第一距离数据与预设距离数据库进行匹配以得到定位信息；

所述预设距离数据库包括在初始状态下，外界环境中各个坐标位置的障碍物之间的初始距离数据的集合，所述第一提取单元21分别与第一获取单元17以及距离数据匹配单元22数据连接，所述距离数据匹配单元22分别与主控单元2以及路线生成单元20数据连接。

第一激光收发器14设置在移动机器人1外侧较高的位置，用于对室内的墙壁、柱子等固定建筑进行检测，第一激光收发器14产生第一激光数据后发送到第一获取单元17，第一获取单元17将第一激光数据发送给第一提取单元21，第一提取单元21可以从第一激光数据中提取出距离第一激光收发器14一侧的障碍物的距离，记为第一距离数据，而在构建室内地图数据时，主控单元2会根据地图内各个位置的不同存储下预设距离数据，将第一距离数据与预设距离数据进行一一比对，即可匹配得到对应的定位信息。

优选的，所述距离数据匹配单元22包括：

判断单元23，用于判断第一距离数据与所有的初始距离数据的匹配率是否达到预设阈值；

选取单元24，用于当有多个初始距离数据与第一距离数据的匹配率达到阈值时，选取匹配率最高的初始距离数据作为匹配距离数据；

第二提取单元25，用于提取匹配距离数据中的坐标位置作为定位信息；

所述判断单元23分别与第一提取单元21以及选取单元24数据连接，所述第二提取单元25分别与主控单元2、选取单元24以及路线生成单元20数据连接。

在判断单元23内设置有预设阈值，将第一距离数据与所有的初始距离数据进行一一对比，判断匹配率是否达到预设阈值，然后通过选取单元24从所有达到阈值的初始距离数据中选取匹配率最高的初始距离数据作为匹配距离数据，最终第二提取单元25将匹配距离数据中的坐标位置提取出来作为定位信息，并将定位信息分别发送给主控单元2以及路线生成单元20，主控单元2即可根据定位信息进行移动是否同步的确认，路线生成单元20可以根据定位信息进行导航。

优选的，所述距离数据匹配单元22还包括重新获取单元26，所述重新获取单元26用于当所有的初始距离数据与第一距离数据的匹配率都未达到预设阈值时，重新驱动第一获取单元17获取第一激光数据，所述重新获取单元26分别与第一获取单元17以及判断单元23数据连接。

当所有的初始距离数据与第一距离数据的匹配率都未达到预设阈值时，重新获取单元26可以向第一获取单元17发送数据，从而第一获取单元17可以重新获取第一激光数据，进行新一轮的定位。

优选的，所述距离匹配数据还包括警报单元27，所述警报单元27用于当重新获取第一激光数据的次数达到预设次数时发送警报信息，所述警报单元27分别与主控单元2以及重新获取单元26数据连接。

当重新获取第一激光数据的次数达到预设次数时，警报单元27可以发出警报以提示工作人员。

优选的，所述路线生成单元20包括：

第三提取单元28，用于从第二激光数据中提取外界环境中第二激光收发器15与第二激光收发器15同一水平面上障碍物之间的第二距离数据；

替换单元29，用于将第二距离数据替换初始导航地图中定位信息所对应的初始距离数据以生成实时导航地图；

生成子单元30，用于根据实时导航地图生成导航路线信息；

所述第三提取单元28分别与第二获取单元19以及替换单元29数据连接，所述替换单元29分别与距离数据匹配单元22以及生成子单元30数据连接，所述主控单元2分别与替换单元29以及生成子单元30数据连接。

在获得定位信息之后，可以对导航线路进行规划，首先由第三提取单元28从第二获取单元19获取的第二激光数据中提取出第二距离数据，由于第二激光收发器15位于较低的位置，在室内的地面上常常会放置有多余的物体，因此替换单元29可以根据第二距离数据将初始导航地图中相应的初始距离数据替换掉，从而将初始导航地图进行更新以得到实时导航地图，最终生成子单元30可以根据实时导航地图生成导航路线信息，并发送给主控单元2。

优选的，所述生成子单元30包括：

排除单元3231，用于根据实时导航地图中的距离数据排除障碍物区域以生成可通行区域；

集合单元，用于将所有的可通行区域根据坐标位置集合起来以生成导航路线信息；

所述排除单元3231分别与集合单元以及替换单元29数据连接，所述集合单元与主控单元2数据连接。

所设置的排除单元3231可以将障碍物区域排除掉，从而剩下可通行区域，最终根据可通行区域的坐标数据来生成导航路线信息。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种室内移动机器人的激光导航装置，其特征在于，包括移动机器人、主控单元、激光收发机构以及自检机构，所述移动机器人内部设置有自检腔，所述自检机构设置在自检腔中，所述主控单元设置在移动机器人内部，其内存储有初始导航地图以及导航路线，所述激光收发机构设置在移动机器人外表面；所述自检机构包括电动推杆、旋转电机、U型板、金属板、复位弹簧以及电磁铁，所述移动机器人一侧设置有穿行口，所述激光收发机构设置在穿行口处，所述U型板的开口朝向穿行口，所述旋转电机设置在自检腔顶面，其输出轴与电动推杆顶面连接，所述电动推杆的输出轴经穿行口与激光收发机构连接，所述U型板的U型凹腔侧壁上设置有若干安装槽，所述金属板以及复位弹簧设置在凹槽中，所述复位弹簧连接凹槽侧壁以及金属板侧壁，所述电磁铁设置在凹槽侧壁上，并位于金属板对侧，所述主控单元分别与移动机器人、激光收发机构、电动推杆、旋转电机以及电磁铁电连接。

2.根据权利要求1所述的一种室内移动机器人的激光导航装置，其特征在于，所述自检机构还包括旋转板以及连杆，所述旋转电机输出轴与旋转板顶面连接，所述电动推杆设置在旋转板底面，其输出轴与连杆一端连接，所述连杆另一端与激光收发机构连接。

3.根据权利要求1所述的一种室内移动机器人的激光导航装置，其特征在于，所述激光收发机构包括第一激光收发器以及第二激光收发器，所述第一激光收发器设置在穿行口处，所述第二激光收发器设置在移动机器人外侧壁，并位于第二激光收发器下方。

4.根据权利要求3所述的一种室内移动机器人的激光导航装置，其特征在于，还包括定位导航单元，所述定位导航单元设置在移动机器人内部，其包括：

第一获取单元，用于获取第一激光收发器发送的第一激光数据；

匹配单元，用于将第一激光数据与初始导航地图进行匹配以得到移动机器人的定位信息；

第二获取单元，用于获取第二激光收发器发送的第二激光数据；

路线生成单元，用于根据第二激光数据以及定位信息生成导航路线信息；

所述第一获取单元分别与第一激光收发器以及匹配单元数据连接，所述第二获取单元分别与第二激光收发器以及路线生成单元数据连接，所述路线生成单元分别与匹配单元以及主控单元数据连接，所述主控单元与匹配单元数据连接。

5.根据权利要求4所述的一种室内移动机器人的激光导航装置，其特征在于，所述主控单元内部存储有与初始导航地图对应的预设距离数据库，所述匹配单元包括：

第一提取单元，用于从第一激光数据中提取第一激光收发器与第一激光收发器同一水平面上障碍物之间的第一距离数据；

距离数据匹配单元，用于将第一距离数据与预设距离数据库进行匹配以得到定位信息；

所述预设距离数据库包括在初始状态下，外界环境中各个坐标位置的障碍物之间的初始距离数据的集合，所述第一提取单元分别与第一获取单元以及距离数据匹配单元数据连接，所述距离数据匹配单元分别与主控单元以及路线生成单元数据连接。

6.根据权利要求5所述的一种室内移动机器人的激光导航装置，其特征在于，所述距离数据匹配单元包括：

判断单元，用于判断第一距离数据与所有的初始距离数据的匹配率是否达到预设阈值；

选取单元，用于当有多个初始距离数据与第一距离数据的匹配率达到阈值时，选取匹配率最高的初始距离数据作为匹配距离数据；

第二提取单元，用于提取匹配距离数据中的坐标位置作为定位信息；

所述判断单元分别与第一提取单元以及选取单元数据连接，所述第二提取单元分别与主控单元、选取单元以及路线生成单元数据连接。

7.根据权利要求6所述的一种室内移动机器人的激光导航装置，其特征在于，所述距离数据匹配单元还包括重新获取单元，所述重新获取单元用于当所有的初始距离数据与第一距离数据的匹配率都未达到预设阈值时，重新驱动第一获取单元获取第一激光数据，所述重新获取单元分别与第一获取单元以及判断单元数据连接。

8.根据权利要求7所述的一种室内移动机器人的激光导航装置，其特征在于，所述距离匹配数据还包括警报单元，所述警报单元用于当重新获取第一激光数据的次数达到预设次数时发送警报信息，所述警报单元分别与主控单元以及重新获取单元数据连接。

9.根据权利要求5所述的一种室内移动机器人的激光导航装置，其特征在于，所述路线生成单元包括：

第三提取单元，用于从第二激光数据中提取外界环境中第二激光收发器与第二激光收发器同一水平面上障碍物之间的第二距离数据；

替换单元，用于将第二距离数据替换初始导航地图中定位信息所对应的初始距离数据以生成实时导航地图；

生成子单元，用于根据实时导航地图生成导航路线信息；

所述第三提取单元分别与第二获取单元以及替换单元数据连接，所述替换单元分别与距离数据匹配单元以及生成子单元数据连接，所述主控单元分别与替换单元以及生成子单元数据连接。

10.根据权利要求9所述的一种室内移动机器人的激光导航装置，其特征在于，所述生成子单元包括：

排除单元，用于根据实时导航地图中的距离数据排除障碍物区域以生成可通行区域；

集合单元，用于将所有的可通行区域根据坐标位置集合起来以生成导航路线信息；

所述排除单元分别与集合单元以及替换单元数据连接，所述集合单元与主控单元数据连接。

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