CN206075140U - 带移动区域灯光显示标定的导览机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种带移动区域灯光显示标定的导览机器人，包括机壳、控制模块以及设于机壳上的发光模块，发光模块与控制模块电连接，控制模块具有用于接收运动指令的信号输入端，控制模块根据其接收到的运动指令，驱动发光模块在机壳周围的对应区域进行灯光显示。本实用新型技术方案使导览机器人会显示标定出即将要经过的区域，给出直观的运动趋势提醒，避免人与机器人之间产生碰撞或多次避让等情形。

Description

带移动区域灯光显示标定的导览机器人

技术领域

本实用新型涉及导览机器人领域，特别涉及一种带移动区域灯光显示标定的导览机器人。

背景技术

自主导览机器人是一种应用在展馆等场所，根据业务需求，带领参观人员到不同的功能区，并进行相应的讲解和回答相关问题的一类智能机器人，它通过底部的2个驱动轮和1个从动轮，能够进行快速移动。目前，导览机器人是依靠自身的传感器来定位及避障，但在实际应用中发现，导览机器人在运动或转向时，会遇到各种突发情况，例如：

1、导览机器人在运动过程中，如果有人在其运动轨迹上，会依据自身传感器的反馈信息进行自动避障，由于人对机器人避障方向的不可预知，基于本能会向一侧避让，经常出现人的避让方向跟导览机器人避障方向一致，引发导览机器人与人的二次或多次相互避让，使得机器人需要花费更多时间或选择一条非最优路径到达预设区域，甚至造成机器人误判认为周围有不可逾越的障碍，无法到达预先设定的区域而在原地打转，影响机器人的正常运行；

2、导览机器人由静止状态突然移动时，由于人事先不知晓导览机器人会移动，更不知晓导览机器人会往哪个方向移动，因此，很容易发生人突然出现在导览机器人即将到达的区域内的情况，从而造成导览机器人与人发生碰撞，对人造成伤害或导致导览机器人损坏、故障等情况。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种带移动区域灯光显示标定的导览机器人，旨在使导览机器人会显示标定出即将要经过的区域，给出直观的运动趋势提醒，避免人与机器人之间产生碰撞或多次避让等情形。

为实现上述目的，本实用新型提出的带移动区域灯光显示标定的导览机器人，其特征在于，包括机壳、发光控制模块以及设于所述机壳上的发光模块，所述发光模块与所述发光控制模块电连接，所述发光控制模块具有用于接收运动指令的信号输入端，所述发光控制模块根据其接收到的运动指令，驱动所述发光模块在所述机壳周围的对应区域进行灯光显示。

优选地，所述发光模块设置在所述机壳的底盘的外表面上。

优选地，所述发光模块包括同轴且间隔设置的多个LED环形灯条，所述LED环形灯条的外环壁为发光面，且所述LED环形灯条外环壁倾斜朝向下。

优选地，所述LED环形灯条为LED幻彩灯条。

优选地，所述发光模块的最内圈的LED环形灯条单独与所述发光控制模块连接，所述发光模块的其余LED环形灯条依次串联后与所述发光控制模块连接。

优选地，所述发光模块还包括若干激光器，各个激光器沿所述LED环形灯条间隔分布在所述底盘上。

优选地，所述发光控制模块包括主控制器和51单片机，所述LED环形灯条连接所述51单片机的第一组并行I/O口，所述激光器连接所述51单片机的第二组并行I/O口，所述主控制器的信号输出端连接所述51单片机的串行I/O口。

优选地，所述机壳上还设有沿所述机壳的周向分布的多个传感器，所述传感器与所述发光控制模块电连接，所述传感器用于侦测所述机壳周围的对应区域是否有障碍物，并将侦测结果反馈给所述发光控制模块。

本实用新型技术方案使得导览机器人在接收到运动指令时，会确定该运动指令对应的待移动区域，并通过控制显示模块在该待移动区域中进行灯光显示标定，这样将导览机器人的运动方向和运动趋势非常直观的展示出来，从而人们可以准确的对导览机器人进行避让，避免了人与导览机器人碰撞意外情况发生，既保护了人与导览机器人的安全，也让导览机器人能更加高效的进行移动。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型导览机器人较佳实施例的硬件结构框图；

图2为本实用新型导览机器人的灯光显示区域划分的设计方案示意图；

图3为图2中圆X的半径计算的几何示意图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提出一种带移动区域灯光显示标定的导览机器人(以下简称“导览机器人”)，如图1所示，主要采用在导览机器人上增加发光模，通过控制模块10控制发光模块20工作，以对导览机器人的即将移动至的区域进行灯光显示标定，让人们能够非常直观的知道导览机器人的活动方向和活动趋势，从而有效的避免了人与导览机器人之间的碰撞、多次避让等突发情况发生，保护了人及导览机器人的安全。

本实施例的导览机器人包括机壳(未图示)、控制模块10以及设于机壳上的发光模块20，当然，还包括设于机壳底端的两个驱动轮和一个从动轮。发光模块20与控制模块10电连接，控制模块10具有用于接收运动指令的信号输入端11，该信号输入端11可包括接收蓝牙信号的端口、接收网络通讯信号的端口、接收自身的传感器信号的端口等；控制模块10根据其接收到的运动指令，驱动发光模块20在机壳周围的对应区域进行灯光显示；该对应区域即导览机器人根据该运动指令即将要移动到的区域(即待移动区域)。控制模块10内预先设置了运动指令与待移动区域的映射关系，如此导览机器人能通过发光模块20显示标定出导览机器人的待移动区域，直观的反映导览机器人的运动趋势。

进一步地，本实施例的机壳上还设有沿机壳的周向分布的多个传感器(可为超声波传感器、红外传感器等)，传感器与控制模块10电连接，传感器用于侦测机壳周围的对应区域是否有障碍物，并将侦测结果反馈给控制模块10。控制模块10可先使传感器侦测接收到的运动指令所对应的路径上的预设尺寸范围内是否有障碍物，再根据传感器的侦测结果来确定发光模块20在移动预警区域(如图2中的圆形区域D和X所围成的环形区域)内的区域标定参数(例如，所述区域标定参数包括灯光闪烁频率和颜色)，最后根据确定的区域标定参数找到移动预警区域对应的发光模块20的驱动参数，进而根据找到的驱动参数驱动发光模块20在所述移动预警区域中进行灯光警示标定。

需要说明的是，所述根据传感器的侦测结果来决定发光模块20在移动预警区域(如图2中的圆形区域D和X所围成的环形区域)内的区域标定参数的过程为：

实时或者定时通过配置的距离传感器侦测障碍物距离机器人的距离d；

若侦测的距离d小于或者等于障碍物相对常亮警示区域(如图2中的圆形区域D)的最小警示距离d_min(例如，障碍物与机器人的连线与常亮警示区域的边界线的交点，所述交点与机器人的距离即为障碍物相对常亮警示区域的最小警示距离)，则确定所述区域标定参数为预先确定的第一区域标定参数；

若侦测的距离d大于障碍物相对常亮警示区域的最小警示距离d_min，且小于或者等于障碍物相对最大警示区域(如图2中的圆形区域X)的最大警示距离d_max(例如，障碍物与机器人的连线与最大警示区域的边界线的交点，所述交点与机器人的距离即为障碍物相对最大警示区域的最大警示距离)，则侦测机器人当前速度v，根据侦测的距离d和机器人当前速度v并基于预设的第一警示参数公式(例如，所述第一警示参数公式为：f(d,v)＝c+m*(v/d)，c和m均为常数)计算出当前的警示参数f(d,v)，根据预先确定的警示参数与区域标定参数的映射关系，确定计算的警示参数对应的第二区域标定参数作为所述区域标定参数；

若侦测的距离d大于障碍物相对最大警示区域的最大警示距离d_max，则侦测机器人当前速度v并确定机器人的最大设计速度v_max，根据机器人当前速度v和最大设计速度v_max并基于预设的第二警示参数公式(例如，所述第二警示参数公式为：f(d,v)＝c+n*(v/v_max)，c和n均为常数)计算出当前的警示参数f(d,v)，根据预先确定的警示参数与区域标定参数的映射关系，确定计算的警示参数对应的第三区域标定参数作为所述区域标定参数

进一步地，本实施例的导览机器人，采用发光模块20设置在机壳的底盘的外表面上，如此，发光模块20不会破坏导览机器人原有的外观，并且发光模块20靠近地面的距离更近，在地面上显示的灯光效果更佳的明亮清晰。

进一步地，本实施例的发光模块20包括同轴且间隔设置的多个LED环形灯条，LED环形灯条的外环壁为发光面，且LED环形灯条外环壁倾斜朝向下。通过LED环形灯条外环壁倾斜朝下，即使LED环形灯条发出的光线向机壳的周围投射出去形成对应的环形灯光显示区；通过控制模块10控制LED环形灯条上的不同位置的LED灯珠亮灭状态，从而实现在不同区域进行灯光显示。本实施例的LED环形灯条采用LED幻彩灯条，从而控制模块10能够调节控制LED环形灯条在待移动区域的显示颜色，使待移动区域更加的多样多彩，更加的醒目。

进一步地，本实施例采用发光模块13的最内圈的LED环形灯条单独与控制模块10连接，使其保持常亮状态，从而在机壳的周围形成常亮的警示区域；余下的各个LED环形灯条通过依次串接在一起，再与控制模块12连接，即余下的LED环形灯条只需将串接后，灯条端部的第一颗灯的输入脚连接控制模块10的信号输出端即可，通过控制模块10对余下的LED环形灯条控制，实现待移动区域的灯光显示。

进一步地，本实施例的发光模块20还包括若干激光器，各个激光器沿LED环形灯条间隔分布在机壳的底盘上。因为激光器发出的激光具有射程远、颜色鲜明、亮度高、指向性好以及光分散度小等特点，因此，发光模块20的若干激光器，可对待移动区域和警示区域的边缘进行高亮突出显示，使得待移动区域和警示区域的范围更加明确。激光器对待移动区域和警示区域的边缘显示方式为：每个激光器分别显示一段弧形线段，通过多个激光器按特定方式摆置，使多个激光器的弧形线段拼接成待移动区域的边缘或警示区域的边缘，激光器具体的摆置可根据显示需求进行对应调节。

进一步地，本实施例中，控制模块10包括主控制器12和51单片机13，51单片机13具有四组I/O口，可作为输入或输出端口；本实施例中，LED环形灯条连接51单片机13的第一组并行I/O口(例如51单片机13的P0口)，激光器连接51单片机13的第二组并行I/O口(例如51单片机13的P1口)；主控制器12的信号输出端连接51单片机13的串行I/O口(例如51单片机13的P3口)，以通过串行I/O口实现与主控制器12的通信，接收主控制器12输出的控制信号。主控制器12主要功能是接收上位机的控制信息，以及导览机器人自身各类传感器数据，再将这些信息按照设定的逻辑进行融合计算，产生相应的控制指令，并传输给51单片机13；因此，本实施例中可优选采用ARM体系结构并搭载开源Linux系统的智能终端设备作为主控制器12。这样选择的优势有：1)ARM结构的控制芯片在嵌入式市场占有率极大，产品选择比较广泛；2)传感器数据大部分是浮点数，ARM的运算能力突出；3)ARM能够很好的运行主流的Linux系统，方便移植；4)各类驱动比较齐全，能够很好的支持各类传感器及网络连接。5)ARM芯片具有丰富的接口，能够非常方便的通过GPIO或UART等接入或控制其他外设。

下面提出本案可采用的显示区域划分方式：

整体的灯光显示范围为以导览机器人为中心，在地面上形成一圈光照区域，整个光照区域的选择的依照以下条件：

1、区域不能太小，必须覆盖导览机器人地面上的垂直投影区域且有余量；

2、区域具备动态可调性，必须将导览机器人运动的可能范围给标示出来，并根据实际的运动趋势来显示相应的区域；

3、警示区域不能太大，警示区域过大易造成人心理防备，进而离导览机器人太远，影响用户与导览机器人的交互效果(如摄像头不能采集到用户的信息、麦克风采集不到用户的语音、用户距离过远不能操作触摸屏等)。

根据以上要求，做了如图2所示的设计，圆形区域A是导览机器人的投影所产生的最小外接圆；圆形区域A上的左右两个小圈是驱动轮B，上面的小圈是从动轮C，两个驱动轮B的位置与圆形区域A的圆心夹角为90度；导览机器人的转向就是以其中一个驱动轮为轴的差速运动，假设圆形区域A的半径为R，则圆Z区域和圆Y区域就分别是导览机器人左、右转向时所需要经过的区域，圆Z和圆Y的边框可用激光器件高亮突出显示，圆Z和圆Y的半径均为2R，左、右转向所需要的区域就是圆Z区域和圆Y区域的并集，因此发光模块的灯光显示区域需要覆盖这两个圆形区域(即圆Z和圆Y)，因此选取了这两个圆形区域的最小外接圆作为发光模块的灯光显示区域面积，就是图上的圆X区域；

参照图2和图3，已知圆Z(圆心为02)和圆Y(圆心为03)的半径为2R，与圆形区域A的圆心01的夹角为90度，04(圆X的圆心)是0203的中心，因此，圆X对应的半径D＝2R+sin45°*R。

如果将圆X区域作为整个光影区来显示，则不符合设计原则的第三条，警示区域太过庞大，因此，进一步采用如下划分方案：

1)在导览机器人周围划定一个最小区(如图中的圆形区域D)，此区域选择为比导览机器人投影面积宽5-10cm，作为常亮的警示区域，其边框可通过激光器进行高亮突出显示，满足上述条件1和3；

2)增加光影的显示模式，分情形显示，导览机器人的发光控制模块根据接收到的运动指令，控制发光模块将对应的运动区域(即待移动区域)标示出来，如此减少了不必要区域的显示，如此满足上述条件2和3；

具体给导览机器人设计的显示模式可包括：

1、常亮的警示区域；

2、左转向模式，对应显示标定左转所需经过的区域；

3、右转向模式，对应显示标定右转所需经过的区域；

4、前进模式，对应显示标定导览机器人前方的一段扇形区域；

5、后退模式，对应显示标定导览机器人后方的一段扇形区域；

6、快速前进模式，对应显示标定导览机器人后方的一段扇形区域，并通过激光器向前方射出显示路径的边缘；

其中，各个区域颜色、亮度的分布以及显示形式均可根据需求预先进行设定。

需要说明的是，以上只是本案提出的一种区域划分方案，并不用以限定本实用新型方案的保护范围。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种带移动区域灯光显示标定的导览机器人，其特征在于，包括机壳、发光控制模块以及设于所述机壳上的发光模块，所述发光模块与所述发光控制模块电连接，所述发光控制模块具有用于接收运动指令的信号输入端，所述发光控制模块根据其接收到的运动指令，驱动所述发光模块在所述机壳周围的对应区域进行灯光显示。

2.如权利要求1所述的带移动区域灯光显示标定的导览机器人，其特征在于，所述发光模块设置在所述机壳的底盘的外表面上。

3.如权利要求2所述的带移动区域灯光显示标定的导览机器人，其特征在于，所述发光模块包括同轴且间隔设置的多个LED环形灯条，所述LED环形灯条的外环壁为发光面，且所述LED环形灯条外环壁倾斜朝向下。

4.如权利要求3所述的带移动区域灯光显示标定的导览机器人，其特征在于，所述LED环形灯条为LED幻彩灯条。

5.如权利要求3所述的带移动区域灯光显示标定的导览机器人，其特征在于，所述发光模块的最内圈的LED环形灯条单独与所述发光控制模块连接，所述发光模块的其余LED环形灯条依次串联后与所述发光控制模块连接。

6.如权利要求3所述的带移动区域灯光显示标定的导览机器人，其特征在于，所述发光模块还包括若干激光器，各个激光器沿所述LED环形灯条间隔分布在所述底盘上。

7.如权利要求4所述的带移动区域灯光显示标定的导览机器人，其特征在于，所述发光控制模块包括主控制器和51单片机，所述LED环形灯条连接所述51单片机的第一组并行I/O口，所述激光器连接所述51单片机的第二组并行I/O口，所述主控制器的信号输出端连接所述51单片机的串行I/O口。

8.如权利要求1至7中任意一项所述的带移动区域灯光显示标定的导览机器人，其特征在于，所述机壳上还设有沿所述机壳的周向分布的多个传感器，所述传感器与所述发光控制模块电连接，所述传感器用于侦测所述机壳周围的对应区域是否有障碍物，并将侦测结果反馈给所述发光控制模块。