[发明专利]一种室内智能机器人精确位置感知系统及其感知方法

说明书

技术领域

本发明涉及室内智能机器人领域，特别涉及一种室内智能机器人精确位置感知系统。

背景技术

室内机器人需要感知自身位置，从而为其路线规划提供支持，一般的家用扫地机通过发射式红外测距传感器实现位置感知，但是这种位置传感器测距范围小，无法实现大范围的测距；同时，由于采用外部障碍物的反射，不同反射角度的将无法确保每次正确获得数据；换言之，测距的不确定性较大，从而影响了导航算法的稳定工作；另外，也有采用视觉识别定位，但视觉定位对处理器能力提出比较高的要求，增加了成本；同时，在环境没有明显标志物的情况下，效果不佳(例如，在一个圆形的空的房间内，无法正常工作)。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可以在比较远的距离上感知自身姿态，包括距离和方位角的一种室内智能机器人精确位置感知系统。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

室内智能机器人精确位置感知系统；包括

一发射装置，所述发射装置由发射端旋转机械结构和控制发射端旋转机械结构工作以及产生红外信号相关的发射端电子处理单元组成；

所述发射端旋转机械结构包括精密减速步进马达、圆盘、挡板、槽形光耦以及导光器件，所述圆盘固定在精密减速步进马达上，所述导光器件设置在圆盘上表面上；所述挡板的一端和圆盘连接在一起，所述挡板的另一端置于槽形光耦的U型槽内，每转一周，槽形光耦被遮挡一次；

所述发射端电子处理单元包括

一发射端精密减速步进马达控制器单元，所述发射端精密减速步进马达控制器单元用与对精密减速步进马达进行驱动；

一发射端初始位置检测单元，所述发射端初始位置检测单元每转一圈收到一个脉冲，用于定期对红外发射端的自身角度进行修正；防止步进马达失步引起的误差；

一发射端红外单元；所述发射端红外单元输出调制红外信号，以及控制两束红外线交替工作；

一发射端无线收发通信单元，所述发射端无线收发通信单元用于将参数传递到接收装置；

以及发射端中央处理器单元；所述发射端中央处理单元处理发射端所有的机械控制，初始位置检测以及信号处理；

一接收装置，所述接收装置为安装在机器人顶上的旋转红外信标接收装置，且随机器人移动；所述接收装置由接收端旋转机械结构和控制接收端旋转机械结构工作以及PSD器件信号处理和姿态计算的接收端电子处理单元组成；

所述接收端旋转机械结构包括精密减速步进马达、圆盘、挡板、槽形光耦以及PSD器件，所述圆盘固定在精密减速步进马达上，所述PSD器件设置在圆盘上表面上；所述挡板的一端和圆盘连接在一起，所述挡板的另一端置于槽形光耦的U型槽内，每转一周，槽形光耦被遮挡一次；

所述接收端电子处理单元包括

一接收端精密减速步进马达控制器单元，所述接收端精密减速步进马达控制器单元用与对精密减速步进马达进行驱动；

一接收端初始位置检测单元，所述接收端初始位置检测单元每转一圈收到一个脉冲，这里是将机器人作为参考对象，认为相对静止，此单元是用来确定开始时候PSD器件和接收端之间的夹角；

一PSD光斑检测单元，通过放大器获得电压数据，检测当前的光斑位置，并去除各种误差；

一接收端无线收发通信单元，所述接收端无线收发通信单元用于接收发射端过来的信息包，以获取发射端的角度参数，并和发射端交互通信，间接影响发射端的精密减速步进马达工作方式；

以及接收端中央处理器单元，用于对上述信息进行处理并输出结果。

在本发明的一个实施例中，所述导光器件的内部对称设有两个矩形空心腔，所述每个矩形空心腔的端部引出一与外界接通的导光孔，所述矩形空心腔内用于放置红外发射管。

在本发明的一个实施例中，所述槽形光耦上设有发射和接收对管，用于形成一次脉冲。

室内智能机器人精确位置感知方法，所述位置感知方法的步骤如下：

(1)先对发射装置和接收装置的高度进行调整，并使得调整后发射装置发射的红外线可在接收装置PSD器件上形成光斑；

(2)对发射装置和接收装置进行初始化设定，包括发射装置初始角度以及接收装置初始方位的设定；

(3)发射装置和接收装置均自行自转，当接收装置的PSD器件上形成光斑时，接收装置通过计算来调整的精密减速步进马达和接收装置的精密减速步进马达的速度，当两个光斑中心对称于PSD中心时，停止收发双方马达的旋转，计算光斑位置，根据光斑位置应用本发明给出的算法算出最终姿态数据。