一种机器人的导航系统及其方法
一种机器人的导航系统及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机器人领域，尤其是指一种机器人的导航系统及其方法。
【背景技术】
[0002]机器人是一类用于接受人类的命令完成相应的动作，也可以自动执行预设程序来完成相应的任务，且具有可编程能力的机器装置。但是在生活中，机器人并不像电影里表现的那样无所不能、和人类相似的地步。在目前科技发展的水平，即使机器人有人类的外形，但是其人工智能水平远远在人类之下，而且大多数的机器人并不具有人类的外形。一般来说，机器人能够增加生产效率、提高产品质量的和改善人类生活的方便程度。所以，机器人是一个协助或取代人类工作的的机械装置。
[0003]轮式机器人是一种在可复杂环境下工作，具有自规划、自组织、自适应能力的机器人，具有行动快捷、工作效率高、结构简单、可控性强、安全性好等优势，目前在国内外正在被广泛的应用。
[0004]就目前而言，在轮式机器人相关技术研宄中，导航技术属于其核心技术，也是实现智能化和自主移动的关键技术。传统的视觉导航一般依据视觉图像，利用图像处理、计算机视觉、模型识别等相关技术获取运动体的运动信息和空间位置信息，从而实现对机器人进行导航的目的。但在视觉导航的方式在其运动过程中的实时运算量很大，不够灵活，受光照等周围环境的影响比较大，而且布设和维护成本极高。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种机器人的导航系统及其方法，其主要目的在于克服现有视觉导航方式存在的着稳定性差、定位精度低以及布设和维护成本高等缺陷。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:
一种机器人的导航系统，包括布置于房间内的复数个可向天花板投射不对称红外图案的红外投射仪以及一可识别该红外图案的轮式机器人，所述轮式机器人可用于从第一位置移位至多个不同的第二位置，在第一位置到第二位置的行走路径上均设有所述红外投射仪，所述轮式机器人包括控制单元、识别单元、行动单元以及学习路径寄存单元，控制单元的使能端连接于所述识别单元，行动单元的使能端连接于所述控制单元，所述学习路径寄存单元电连接于所述控制单元，在初始设定时，所述轮式机器人由第一位置移位至任一所述第二位置，所述识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别，判断相对位置并且向控制单元输出基准位置点数据，控制单元将该基准位置点数据写入所述学习路径寄存单元，当所述轮式机器人完成一次由第一位置到一第二位置的移位动作，控制单元写入在学习路径寄存单元内的多个基准位置点数据共同组成一导航数据，初始设定完毕后，第一位置移位至各个第二位置所对应的导航数据均写入到学习路径寄存单元内；使用时，当控制单元接受到由第一位置到一第二位置的指令后，控制单元调取第一位置到该第二位置所对应的导航数据，并且根据该导航数据控制所述行动单元移位，移位过程中，所述识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别，判断相对位置并且向控制单元输出实时位置点数据，所述控制单元获取该实时位置点数据后并与当前调取导航数据中的基准位置点数据进行比例运算，并调整所述移位单元动作，使其按照当前调取导航数据进行移位。
[0007]进一步的，所述不对称红外图案至少包括一前顶点、一左侧点以及一右侧点，所述识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别过程中，先根据前顶点确定行走方向，其中前顶点与所述识别单元连线为导航引线；当所述左侧点和右侧点均位于所述导航引线的右侧，控制单元判断轮式机器人已经向左侧偏离，控制单元即可控制行动单元向右移位进行方向修正；当所述左侧点和右侧点均位于所述导航引线的左侧，控制单元判断轮式机器人已经向右侧偏离，控制单元即可控制行动单元向左移位进行方向修正。
[0008]进一步的，所述轮式机器人还包括障碍物感测单元，所述障碍物感测单元包括复数个交错分布于所述轮式机器人外部的红外感应器以及通过扫描的方式控制该复数红外感应器逐个启动的处理开关，其中一红外感应器启动后，在它之前的红外感应器关闭，所述处理开关的输出端连接于所述控制单元的使能端。
[0009]进一步的，复数个所述红外感应器以总共50?150次/秒启动速率来完成对上述轮式机器人每个不同角度的扫描。
[0010]一种机器人的导航方法，包括以下步骤:初始路径学习和指令操控行走，所述初始路径学习包括以下步骤:
a、将轮式机器人由第一位置移位至第一个需要设定的第二位置，在此过程中，轮式机器人的识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别；
b、识别单元通过其获取的不对称红外图案来判断轮式机器人相对于当前不对称红外图案所处的位置并且向控制单元输出基准位置点数据；
C、控制单元将该基准位置点数据写入学习路径寄存单元，当轮式机器人完成一次由第一位置到第二位置的移位动作，控制单元写入在学习路径寄存单元内的多个基准位置点数据共同组成第一组导航数据；
d、将轮式机器人由第一位置移位至第二个需要设定的第二位置，在此过程中，轮式机器人的识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别；
e、重复步骤b和C，由此在学习路径寄存单元内写入第二组导航数据；
f将轮式机器人由第一位置移位至其他需要设定的第二位置，在此过程中，轮式机器人的识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别，重复步骤b和C，由此在学习路径寄存单元内写入其他组需要设定的导航数据，初始设定完毕后，第一位置移位至各个第二位置所对应的导航数据均写入到学习路径寄存单元内；所述指令操控行走包括如下步骤:
g、当控制单元接受到用户端提供的由第一位置到其中一第二位置的行走操控指令后，控制单元调取第一位置到该第二位置所对应的那一组导航数据，并且根据该导航数据控制所述行动单元由第一位置开始移位； h、移位过程中，所述识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别，判断相对位置并且向控制单元输出实时位置点数据，所述控制单元获取该实时位置点数据后并与当前调取导航数据中的基准位置点数据进行比例运算，并调整所述移位单元动作，使其按照当前调取导航数据进行移位，直到到达第二位置。
[0011]进一步的，在所述指令操控行走步骤的h步骤中，移位过程时，所述不对称红外图案至少包括一前顶点、一左侧点以及一右侧点，所述识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别过程中，先根据前顶点确定行走方向，其中前顶点与所述识别单元连线为导航引线；当所述左侧点和右侧点均位于所述导航引线的右侧，控制单元判断轮式机器人已经向左侧偏离，控制单元即可控制行动单元向右移位进行方向修正；当所述左侧点和右侧点均位于所述导航引线的左侧，控制单元判断轮式机器人已经向右侧偏离，控制单元即可控制行动单元向左移位进行方向修正。
[0012]进一步的，所述轮式机器人还包括障碍物感测单元，所述障碍物感测单元包括复数个交错分布于所述轮式机器人外部的红外感应器以及通过扫描的方式控制该复数红外感应器逐个启动的处理开关，其中一红外感应器启动后，在它之前的红外感应器关闭，所述处理开关的输出端连接于所述控制单元的使能端。
[0013]进一步的，在所述指令操控行走步骤的h步骤还包括，步骤h1:移位过程时，第一个红外感应器启动，先对其所在的角度发射红外线，判断是否有障碍物；步骤h2: —旦在该角度方向上的特定距离内有障碍物，则将信息输送至控制单元，控制单元则优先控制行走单元朝着远离障碍物的方向移位；之后再根据所述前顶点确定行走方向，其中前顶点与所述识别单元连线为导航引线，当所述左侧点和右侧点均位于所述导航引线的右侧，控制单元判断轮式机器人已经向左侧偏离，控制单元即可控制行动单元向右移位进行方向修正，当所述左侧点和右侧点均位于所述导航引线的左侧，控制单元判断轮式机器人已经向右侧偏离，控制单元即可控制行动单元向左移位进行方向修正；最后再根据上述比例运算的结果，调整所述移位单元动作，使其按照当前调取导航数据进行移位，直到到达第二位置；步骤h3:如果在第一个红外感应器对应角度方向上的特定距离内没有障碍物，则处理开关将第一个红外感应器关闭，并同时打开与其相邻的第二个红外感应器，然后对其所在的角度发射红外线，判断是否有障碍物，一旦在该角度方向上的特定距离内有障碍物，则重复所述步骤h2，如果在第二个红外感应器对应角度方向上的特定距离内没有障碍物，则处理开关将第二个红外感应器关闭，并同时打开与其相邻的第三个红外感 应器，然后对其所在的角度发射红外线，判断是否有障碍物，一旦在该角度方向上的特定距离内有障碍物，则重复所述步骤h2，如果在第三个红外感应器对应角度方向上的特定距离内没有障碍物，重复上述操作，使得所述轮式机器人上的红外感应器逐个进行启动，并且其中一红外感应器启动后，在它之前的红外感应器关闭。
[0014]进一步的，各红外感应器呈环形等角度间隔布置所述轮式机器人的外侧，并且以总共50?150次/秒启动速率来完成对上述轮式机器人每个不同角度的扫描。
[0015]进一步的，在所述指令操控行走步骤的h步骤还包括，步骤h1:移位过程时，第一个红外感应器启动，先对其所在的角度发射红外线，判断在该角度方向上的特定距离内有无障碍物，并且将该信息暂存到处理开关内，然后处理开关将第一个红外感应器关闭，并同时打开与其相邻的第二个红外感应器，然后对其所在的角度发射红外线，判断是否有障碍物并且将该信息暂存到处理开关内，重复上述操作，使得所述轮式机器人上的红外感应器逐个进行启动，并且其中一红外感应器启动后，在它之前的红外感应器关闭；步骤h2:在各红外感应器均完成扫描障碍物动作后，处理开关则将障碍物的位置信息输送至控制单元，控制单元则优先控制行走单元朝着远离障碍物的方向移位；之后再根据所述前顶点确定行走方向，其中前顶点与所述识别单元连线为导航引线，当所述左侧点和右侧点均位于所述导航引线的右侧，控制单元判断轮式机器人已经向左侧偏离，控制单元即可控制行动单元向右移位进行方向修正，当所述左侧点和右侧点均位于所述导航引线的左侧，控制单元判断轮式机器人已经向右侧偏离，控制单元即可控制行动单元向左移位进行方向修正；最后再根据上述比例运算的结果，调整所述移位单元动作，使其按照当前调取导航数据进行移位；步骤h3:移位过程中重复步骤hi和h2直到到达第二位置。
[0016]和现有技术相比，本发明产生的有益效果在于:
1、本发明结构简单、实用性强，通过设置学习路径寄存单元来对识别单元通过其获取的不对称红外图案而得出的导航数据进行写入，从而在实际导航过程中，轮式机器人可以以该导航数据作为参照，根据比例运算的结果，不断调整自己行走，从而完全可以达到提高其自身控制精度和运行效率的目的。
[0017]2、在本发明中，识别单元是基于红外识别技术而构件的，因而可以大大地减少受光照等周围环境的影响作用，有利于提高导航的精确度和稳定性。
[0018]3、在本发明中，通过在地面下方设置红外投射仪来向天花板进行投射不对称红外图案，这样不仅安装便利，布设和维修成本低，而且有利于对导航数据进行调整和修正，其运算量要小的多并且稳定性好。
[0019]4、在本发明中，通过设置一前顶点、一左侧点以及一右侧点，来对导航动作进行细化，这样可以保证轮式机器人在移位过程中不偏离方向，并且可以有针对地细化区域存储了大量的位置和控制信息，提高了机器人的运动控制精度和效率。
[0020]5、在本发明中，通过设置复数个红外感应器可逐一启动的红外感应器来对周围障碍物进行扫描，可以实现多重角度的感测，使得轮式机器人不仅能够闪避平面状的物体，而且可以闪避较难判别的圆柱状物体或圆锥形物体，极大地提高轮式机器人闪避障碍物的能力，从而使得其行走过程中的磕碰现象得到很有力的消除。
[0021 ] 6、在本发明中，由于其中一红外感应器启动后，在它之前的红外感应器关闭，这样可以使得相互之间得红外感应器不会进行相互干扰，大大地提高其检测障碍物的精确度和稳定性。
【附图说明】
[0022]图1为本发明中所述导航系统的结构示意图。
[0023]图2为本发明中所述导航系统的平面布局图。
[0024]图3为本发明中所述轮式机器人检测障碍物的工作示意图一。
[0025]图4为本发明中所述轮式机器人检测障碍物的工作示意图二。
[0026]图5为本发明中所述轮式机器人检测障碍物的工作示意图三。
[0027]图6为本发明中所述轮式机器人检测障碍物的工作示意图四。
【具体实施方式】
[0028]下面参照【附图说明】本发明的【具体实施方式】。
[0029]实施例一
参照图1-图6。一种机器人的导航系统，包括布置于房间内的复数个可向天花板投射不对称红外图案I的红外投射仪2以及一可识别该红外图案I的轮式机器人3，所述轮式机器人3可用于从第一位置移位至多个不同的第二位置，在第一位置到第二位置的行走路径上均设有所述红外投射仪2，所述轮式机器人3包括控制单元4、识别单元5、行动单元6以及学习路径寄存单元7，控制单元4的使能端连接于所述识别单元5，行动单元6的使能端连接于所述控制单元4，所述学习路径寄存单元7电连接于所述控制单元4，在初始设定时，所述轮式机器人3由第一位置移位至任一所述第二位置，所述识别单元5对其在行走过程中依次经过的红外投射仪2所发出的不对称红外图案I进行识别，判断相对位置并且向控制单元4输出基准位置点数据，控制单元4将该基准位置点数据写入所述学习路径寄存单元7，当所述轮式机器人3完成一次由第一位置到一第二位置的移位动作，控制单元4写入在学习路径寄存单元7内的多个基准位置点数据共同组成一导航数据，初始设定完毕后，第一位置移位至各个第二位置所对应的导航数据均写入到学习路径寄存单元7内；使用时，当控制单元4接受到由第一位置到一第二位置的指令后，控制单元4调取第一位置到该第二位置所对应的导航数据，并且根据该导航数据控制所述行动单元6移位，移位过程中，所述识别单元5对其在行走过程中依次经过的红外投射仪2所发出的不对称红外图案I进行识别，判断相对位置并且向控制单元4输出实时位置点数据，所述控制单元4获取该实时位置点数据后并与当前调取导航数据中的基准位置点数据进行比例运算，并调整所述移位单元动作，使其按照当前调取导航数据进行移位。
[0030]参照图1-图6。所述不对称红外图案I至少包括一前顶点10、一左侧点11以及一右侧点12，所述识别单元5对其在行走过程中依次经过的红外投射仪2所发出的不对称红外图案I进行识别过程中，先根据前顶点10确定行走方向，其中前顶点10与所述识别单元5连线为导航引线；当所述左侧点11和右侧点12均位于所述导航引线的右侧，控制单元4判断轮式机器人3已经向左侧偏离，控制单元4即可控制行动单元6向右移位进行方向修正；当所述左侧点11和右侧点12均位于所述导航引线的左侧，控制单元4判断轮式机器人3已经向右侧偏离，控制单元4即可控制行动单元6向左移位进行方向修正。
[0031]参照图4、图5和图6。所述轮式机器人3还包括障碍物感测单元，所述障碍物感测单元包括复数个交错分布于所述轮式机器人3外部的红外感应器8以及通过扫描的方式控制该复数红外感应器8逐个启动的处理开关9，其中一红外感应器8启动后，在它之前的红外感应器8关闭，所述处理开关9的输出端连接于所述控制单元4的使能端。复数个所述红外感应器8以总共50?150次/秒启动速率来完成对上述轮式机器人3每个不同角度的扫描。
[0032]实施例二
参照图1-图6。以别墅室内操控本套机器人导航系统为例，简要叙述本发明中机器人的导航方法。其中第一位置可以选定为卧室，第二位置可以选定为厨房，当然实际上第二位置还可以选定多个其他地方，比如客房、浴室等。
[0033]一种机器人的导航方法，包括以下步骤:初始路径学习和指令操控行走，所述初始路径学习包括以下步骤:
a、将轮式机器人3由卧室移位至厨房，在此过程中，轮式机器人3的识别单元5对其在行走过程中依次经过的红外投射仪2所发出的不对称红外图案I进行识别；
b、识别单元5通过其获取的不对称红外图案I来判断轮式机器人3相对于当前不对称红外图案I所处的位置并且向控制单元4输出基准位置点数据；
c、控制单元4将该基准位置点数据写入学习路径寄存单元7，当轮式机器人3完成一次由卧室到厨房的移位动作，控制单元4写入在学习路径寄存单元7内的多个基准位置点数据共同组成第一组导航数据；
d、将轮式机器人3由卧室移位到客房内，在此过程中，轮式机器人3的识别单元5对其在行走过程中依次经过的红外投射仪2所发出的不对称红外图案I进行识别；
e、重复步骤b和C，由此在学习路径寄存单元7内写入第二组导航数据；
f将轮式机器人3由第一位置移位至其他需要设定的第二位置(比如浴室等)，在此过程中，轮式机器人3的识别单元5对其在行走过程中依次经过的红外投射仪2所发出的不对称红外图案I进行识别，重复步骤b和C，由此在学习路径寄存单元7内写入其他组需要设定的导航数据，初始 设定完毕后，卧室移位至各个第二位置(比如厨房、客房或浴室等)所对应的导航数据均写入到学习路径寄存单元7内。
[0034]所述指令操控行走即为当期我们需要轮式机器人3到哪个地方从而轮式机器人3根据我们的命令而进行的移位动作，当我们在厨房内需要召唤位于卧室内的轮式机器人3时，其具体包括如下步骤:
g、当控制单元4接受到用户端提供的由卧室到厨房的行走操控指令后，控制单元4调取由卧室到厨房所对应的那一组导航数据，并且根据该导航数据控制所述行动单元6由卧室开始移位；
h、移位过程中，所述识别单元5对其在行走过程中依次经过的红外投射仪2所发出的不对称红外图案I进行识别，判断相对位置并且向控制单元4输出实时位置点数据，所述控制单元4获取该实时位置点数据后并与当前调取导航数据中的基准位置点数据进行比例运算，并调整所述移位单元动作，使其按照当前调取导航数据进行移位，直到到达厨房。
[0035]其中，在所述指令操控行走步骤的h步骤中，移位过程时，所述不对称红外图案I至少包括一前顶点10、一左侧点11以及一右侧点12，所述识别单元5对其在行走过程中依次经过的红外投射仪2所发出的不对称红外图案I进行识别过程中，先根据前顶点10确定行走方向，其中前顶点10与所述识别单元5连线为导航引线；当所述左侧点11和右侧点12均位于所述导航引线的右侧，控制单元4判断轮式机器人3已经向左侧偏离，控制单元4即可控制行动单元6向右移位进行方向修正；当所述左侧点11和右侧点12均位于所述导航引线的左侧，控制单元4判断轮式机器人3已经向右侧偏离，控制单元4即可控制行动单元6向左移位进行方向修正。
[0036]并且，所述轮式机器人3还包括障碍物感测单元，所述障碍物感测单元包括复数个交错分布于所述轮式机器人3外部的红外感应器8以及通过扫描的方式控制该复数红外感应器8逐个启动的处理开关9，其中一红外感应器8启动后，在它之前的红外感应器8关闭，所述处理开关9的输出端连接于所述控制单元4的使能端。
[0037]作为本实施例其中一个的更为优选的方案，在所述指令操控行走步骤的h步骤还包括，步骤h1:移位过程时，第一个红外感应器8启动，先对其所在的角度发射红外线，判断是否有障碍物；步骤h2: —旦在该角度方向上的特定距离内有障碍物，则将信息输送至控制单元4，控制单元4则优先控制行走单元朝着远离障碍物的方向移位；之后再根据所述前顶点10确定行走方向，其中前顶点10与所述识别单元5连线为导航引线，当所述左侧点11和右侧点12均位于所述导航引线的右侧，控制单元4判断轮式机器人3已经向左侧偏离，控制单元4即可控制行动单元6向右移位进行方向修正，当所述左侧点11和右侧点12均位于所述导航引线的左侧，控制单元4判断轮式机器人3已经向右侧偏离，控制单元4即可控制行动单元6向左移位进行方向修正；最后再根据上述比例运算的结果，调整所述移位单元动作，使其按照当前调取导航数据进行移位，直到到达厨房；步骤h3:如果在第一个红外感应器8对应角度方向上的特定距离内没有障碍物，则处理开关9将第一个红外感应器8关闭，并同时打开与其相邻的第二个红外感应器8，然后对其所在的角度发射红外线，判断是否有障碍物，一旦在该角度方向上的特定距离内有障碍物，则重复所述步骤h2，如果在第二个红外感应器8对应角度方向上的特定距离内没有障碍物，则处理开关9将第二个红外感应器8关闭，并同时打开与其相邻的第三个红外感应器8，然后对其所在的角度发射红外线，判断是否有障碍物，一旦在该角度方向上的特定距离内有障碍物，则重复所述步骤h2，如果在第三个红外感应器8对应角度方向上的特定距离内没有障碍物，重复上述操作，使得所述轮式机器人3上的红外感应器8逐个进行启动，并且其中一红外感应器8启动后，在它之前的红外感应器8关闭。
[0038]作为本实施例另一个的更为优选的方案，其中各红外感应器8呈环形等角度间隔布置所述轮式机器人3的外侧，并且以总共50?150次/秒启动速率来完成对上述轮式机器人3每个不同角度的扫描。在所述指令操控行走步骤的h步骤还包括，步骤h1:移位过程时，第一个红外感应器8启动，先对其所在的角度发射红外线，判断在该角度方向上的特定距离内有无障碍物，并且将该信息暂存到处理开关9内，然后处理开关9将第一个红外感应器8关闭，并同时打开与其相邻的第二个红外感应器8，然后对其所在的角度发射红外线，判断是否有障碍物并且将该信息暂存到处理开关9内，重复上述操作，使得所述轮式机器人3上的红外感应器8逐个进行启动，并且其中一红外感应器8启动后，在它之前的红外感应器8关闭；步骤h2:在各红外感应器8均完成扫描障碍物动作后，处理开关9则将障碍物的位置信息输送至控制单元4，控制单元4则优先控制行走单元朝着远离障碍物的方向移位；之后再根据所述前顶点10确定行走方向，其中前顶点10与所述识别单元5连线为导航引线，当所述左侧点11和右侧点12均位于所述导航引线的右侧，控制单元4判断轮式机器人3已经向左侧偏离，控制单元4即可控制行动单元6向右移位进行方向修正，当所述左侧点11和右侧点12均位于所述导航引线的左侧，控制单元4判断轮式机器人3已经向右侧偏离，控制单元4即可控制行动单元6向左移位进行方向修正；最后再根据上述比例运算的结果，调整所述移位单元动作，使其按照当前调取导航数据进行移位；步骤h3:移位过程中重复步骤hi和h2直到到达厨房。
[0039]和现有技术相比，本发明产生的有益效果在于:
1、本发明结构简单、实用性强，通过设置学习路径寄存单元7来对识别单元5通过其获取的不对称红外图案I而得出的导航数据进行写入，从而在实际导航过程中，轮式机器人3可以以该导航数据作为参照，根据比例运算的结果，不断调整自己行走，从而完全可以达到提高其自身控制精度和运行效率的目的。
[0040]2、在本发明中，识别单元5是基于红外识别技术而构件的，因而可以大大地减少受光照等周围环境的影响作用，有利于提高导航的精确度和稳定性。
[0041]3、在本发明中，通过在地面下方设置红外投射仪2来向天花板进行投射不对称红外图案1，这样不仅安装便利，布设和维修成本低，而且有利于对导航数据进行调整和修正，其运算量要小的多并且稳定性好。
[0042]4、在本发明中，通过设置一前顶点10、一左侧点11以及一右侧点12，来对导航动作进行细化，这样可以保证轮式机器人3在移位过程中不偏离方向，并且可以有针对地细化区域存储了大量的位置和控制信息，提高了机器人的运动控制精度和效率。
[0043]5、在本发明中，通过设置复数个红外感应器8可逐一启动的红外感应器8来对周围障碍物进行扫描，可以实现多重角度的感测，使得轮式机器人3不仅能够闪避平面状的物体，而且可以闪避较难判别的圆柱状物体或圆锥形物体，极大地提高轮式机器人3闪避障碍物的能力，从而使得其行走过程中的磕碰现象得到很有力的消除。
[0044]6、在本发明中，由于其中一红外感应器8启动后，在它之前的红外感应器8关闭，这样可以使得相互之间得红外感应器8不会进行相互干扰，大大地提高其检测障碍物的精确度和稳定性。
[0045]上述仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
【主权项】
1.一种机器人的导航系统，其特征在于:包括布置于各房间或走廊内的复数个可向天花板投射不对称红外图案的红外投射仪以及一可识别该红外图案的轮式机器人，所述轮式机器人可用于从第一位置移位至多个不同的第二位置，在第一位置到第二位置的行走路径上均设有所述红外投射仪，所述轮式机器人包括控制单元、识别单元、行动单元以及学习路径寄存单元，控制单元的使能端连接于所述识别单元，行动单元的使能端连接于所述控制单元，所述学习路径寄存单元电连接于所述控制单元，在初始设定时，所述轮式机器人由第一位置移位至任一所述第二位置，所述识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别，判断相对位置并且向控制单元输出基准位置点数据，控制单元将该基准位置点数据写入所述学习路径寄存单元，当所述轮式机器人完成一次由第一位置到一第二位置的移位动作，控制单元写入在学习路径寄存单元内的多个基准位置点数据共同组成一导航数据，初始设定完毕后，第一位置移位至各个第二位置所对应的导航数据均写入到学习路径寄存单元内；使用时，当控制单元接受到由第一位置到一第二位置的指令后，控制单元调取第一位置到该第二位置所对应的导航数据，并且根据该导航数据控制所述行动单元移位，移位过程中，所述识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别，判断相对位置 并且向控制单元输出实时位置点数据，所述控制单元获取该实时位置点数据后并与当前调取导航数据中的基准位置点数据进行比例运算，并调整所述移位单元动作，使其按照当前调取导航数据进行移位。2.如权利要求1所述一种机器人的导航系统，其特征在于:所述不对称红外图案至少包括一前顶点、一左侧点以及一右侧点，所述识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别过程中，先根据前顶点确定行走方向，其中前顶点与所述识别单元连线为导航引线；当所述左侧点和右侧点均位于所述导航引线的右侧，控制单元判断轮式机器人已经向左侧偏离，控制单元即可控制行动单元向右移位进行方向修正；当所述左侧点和右侧点均位于所述导航引线的左侧，控制单元判断轮式机器人已经向右侧偏离，控制单元即可控制行动单元向左移位进行方向修正。3.如权利要求2所述一种机器人的导航系统，其特征在于:所述轮式机器人还包括障碍物感测单元，所述障碍物感测单元包括复数个交错分布于所述轮式机器人外部的红外感应器以及通过扫描的方式控制该复数红外感应器逐个启动的处理开关，其中一红外感应器启动后，在它之前的红外感应器关闭，所述处理开关的输出端连接于所述控制单元的使能端。4.权利要求3所述一种机器人的导航系统，其特征在于:复数个所述红外感应器以总共50?150次/秒启动速率来完成对上述轮式机器人每个不同角度的扫描。5.一种机器人的导航方法，其特征在于，包括以下步骤:初始路径学习和指令操控行走，所述初始路径学习包括以下步骤: a、将轮式机器人由第一位置移位至第一个需要设定的第二位置，在此过程中，轮式机器人的识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别； b、识别单元通过其获取的不对称红外图案来判断轮式机器人相对于当前不对称红外图案所处的位置并且向控制单元输出基准位置点数据； C、控制单元将该基准位置点数据写入学习路径寄存单元，当轮式机器人完成一次由第一位置到第二位置的移位动作，控制单元写入在学习路径寄存单元内的多个基准位置点数据共同组成第一组导航数据； d、将轮式机器人由第一位置移位至第二个需要设定的第二位置，在此过程中，轮式机器人的识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别； e、重复步骤b和C，由此在学习路径寄存单元内写入第二组导航数据； f将轮式机器人由第一位置移位至其他需要设定的第二位置，在此过程中，轮式机器人的识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别，重复步骤b和C，由此在学习路径寄存单元内写入其他组需要设定的导航数据，初始设定完毕后，第一位置移位至各个第二位置所对应的导航数据均写入到学习路径寄存单元内； 所述指令操控行走包括如下步骤: g、当控制单元接受到用户端提供的由第一位置到其中一第二位置的行走操控指令后，控制单元调取第一位置到该第二位置所对应的那一组导航数据，并且根据该导航数据控制所述行动单元由第一位置开始移位； h、移位过程中，所述识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别，判断相对位置并且向控制单元输出实时位置点数据，所述控制单元获取该实时位置点数据后并与当前调取导航数据中的基准位置点数据进行比例运算，并调整所述移位单元动作，使其按照当前调取导航数据进行移位，直到到达第二位置。6.如权利要求5所述一种机器人的导航方法，其特征在于:在所述指令操控行走步骤的h步骤中，移位过程时，所述不对称红外图案至少包括一前顶点、一左侧点以及一右侧点，所述识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别过程中，先根据前顶点确定行走方向，其中前顶点与所述识别单元连线为导航引线；当所述左侧点和右侧点均位于所述导航引线的右侧，控制单元判断轮式机器人已经向左侧偏离，控制单元即可控制行动单元向右移位进行方向修正；当所述左侧点和右侧点均位于所述导航引线的左侧，控制单元判断轮式机器人已经向右侧偏离，控制单元即可控制行动单元向左移位进行方向修正。7.如权利要求6所述一种机器人的导航方法，其特征在于:所述轮式机器人还包括障碍物感测单元，所述障碍物感测单元包括复数个交错分布于所述轮式机器人外部的红外感应器以及通过扫描的方式控制该复数红外感应器逐个启动的处理开关，其中一红外感应器启动后，在它之前的红外感应器关闭，所述处理开关的输出端连接于所述控制单元的使能端。8.如权利要求7所述一种机器人的导航方法，其特征在于，在所述指令操控行走步骤的h步骤还包括，步骤h1:移位过程时，第一个红外感应器启动，先对其所在的角度发射红外线，判断是否有障碍物；步骤h2: —旦在该角度方向上的特定距离内有障碍物，则将信息输送至控制单元，控制单元则优先控制行走单元朝着远离障碍物的方向移位；之后再根据所述前顶点确定行走方向，其中前顶点与所述识别单元连线为导航引线，当所述左侧点和右侧点均位于所述导航引线的右侧，控制单元判断轮式机器人已经向左侧偏离，控制单元即可控制行动单元向右移位进行方向修正，当所述左侧点和右侧点均位于所述导航引线的左侧，控制单元判断轮式机器人已经向右侧偏离，控制单元即可控制行动单元向左移位进行方向修正；最后再根据上述比例运算的结果，调整所述移位单元动作，使其按照当前调取导航数据进行移位，直到到达第二位置；步骤h3:如果在第一个红外感应器对应角度方向上的特定距离内没有障碍物，则处理开关将第一个红外感应器关闭，并同时打开与其相邻的第二个红外感应器，然后对其所在的角度发射红外线，判断是否有障碍物，一旦在该角度方向上的特定距离内有障碍物，则重复所述步骤h2，如果在第二个红外感应器对应角度方向上的特定距离内没有障碍物，则处理开关将第二个红外感应器关闭，并同时打开与其相邻的第三个红外感应器，然后对其所在的角度发射红外线，判断是否有障碍物，一旦在该角度方向上的特定距离内有障碍物，则重复所述步骤h2，如果在第三个红外感应器对应角度方向上的特定距离内没有障碍物，重复上述操作，使得所述轮式机器人上的红外感应器逐个进行启动，并且其中一红外感应器启动后，在它之前的红外感应器关闭。9.如权利要求7所述一种机器人的导航方法，其特征在于:各红外感应器呈环形等角度间隔布置所述轮式机器人的外侧，并且以总共50?150次/秒启动速率来完成对上述轮式机器人每个不同角度的扫描。10.如权利要求9所述一种机器人的导航方法，其特征在于:在所述指令操控行走步骤的h步骤还包括，步骤h1:移位过程时，第一个红外感应器启动，先对其所在的角度发射红外线，判断在该角度方向上的特定距离内有无障碍物，并且将该信息暂存到处理开关内，然后处理开关将第一个红外感应器关闭，并同时打开与其相邻的第二个红外感应器，然后对其所在的角度发射红外线，判断是否有障碍物并且将该信息暂存到处理开关内，重复上述操作，使得所述轮式机器人上的红外感应器逐个进行启动，并且其中一红外感应器启动后，在它之前的红外感应器关闭；步骤h2:在各红外感应器均完成扫描障碍物动作后，处理开关则将障碍物的位置信息输送至控制单元，控制单元则优先控制行走单元朝着远离障碍物的方向移位；之后再根据所述前顶点确定行走方向，其中前顶点与所述识别单元连线为导航引线，当所述左侧点和右侧点均位于所述导航引线的右侧，控制单元判断轮式机器人已经向左侧偏离，控制单元即可控制行动单元向右移位进行方向修正，当所述左侧点和右侧点均位于所述导航引线的左侧，控制单元判断轮式机器人已经向右侧偏离，控制单元即可控制行动单元向左移位进行方向修正；最后再根据上述比例运算的结果，调整所述移位单元动作，使其按照当前调取导航数据进行移位；步骤h3:移位过程中重复步骤hi和h2直到到达第二位置。
【专利摘要】一种机器人的导航系统，包括布置于各房间或走廊内的复数个可向天花板投射不对称红外图案的红外投射仪以及一可识别该红外图案的轮式机器人，所述轮式机器人可用于从第一位置移位至多个不同的第二位置，在第一位置到第二位置的行走路径上均设有所述红外投射仪，所述轮式机器人包括控制单元、识别单元、行动单元以及学习路径寄存单元。本发明还包括一种上述机器人的导航方法。本发明通过设置学习路径寄存单元来对识别单元通过其获取的不对称红外图案而得出的导航数据进行写入，从而在实际导航过程中，轮式机器人可以以该导航数据作为参照，根据比例运算的结果，不断调整自己行走，从而完全可以达到提高其自身控制精度和运行效率的目的。
【IPC分类】G05D1/02
【公开号】CN104898677
【申请号】CN201510365366
【发明人】李文庆, 刘伟联
【申请人】厦门狄耐克物联智慧科技有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月29日
【技术领域】
[0001]本发明涉及机器人领域，尤其是指一种机器人的导航系统及其方法。
【背景技术】
[0002]机器人是一类用于接受人类的命令完成相应的动作，也可以自动执行预设程序来完成相应的任务，且具有可编程能力的机器装置。但是在生活中，机器人并不像电影里表现的那样无所不能、和人类相似的地步。在目前科技发展的水平，即使机器人有人类的外形，但是其人工智能水平远远在人类之下，而且大多数的机器人并不具有人类的外形。一般来说，机器人能够增加生产效率、提高产品质量的和改善人类生活的方便程度。所以，机器人是一个协助或取代人类工作的的机械装置。
[0003]轮式机器人是一种在可复杂环境下工作，具有自规划、自组织、自适应能力的机器人，具有行动快捷、工作效率高、结构简单、可控性强、安全性好等优势，目前在国内外正在被广泛的应用。
[0004]就目前而言，在轮式机器人相关技术研宄中，导航技术属于其核心技术，也是实现智能化和自主移动的关键技术。传统的视觉导航一般依据视觉图像，利用图像处理、计算机视觉、模型识别等相关技术获取运动体的运动信息和空间位置信息，从而实现对机器人进行导航的目的。但在视觉导航的方式在其运动过程中的实时运算量很大，不够灵活，受光照等周围环境的影响比较大，而且布设和维护成本极高。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种机器人的导航系统及其方法，其主要目的在于克服现有视觉导航方式存在的着稳定性差、定位精度低以及布设和维护成本高等缺陷。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:
一种机器人的导航系统，包括布置于房间内的复数个可向天花板投射不对称红外图案的红外投射仪以及一可识别该红外图案的轮式机器人，所述轮式机器人可用于从第一位置移位至多个不同的第二位置，在第一位置到第二位置的行走路径上均设有所述红外投射仪，所述轮式机器人包括控制单元、识别单元、行动单元以及学习路径寄存单元，控制单元的使能端连接于所述识别单元，行动单元的使能端连接于所述控制单元，所述学习路径寄存单元电连接于所述控制单元，在初始设定时，所述轮式机器人由第一位置移位至任一所述第二位置，所述识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别，判断相对位置并且向控制单元输出基准位置点数据，控制单元将该基准位置点数据写入所述学习路径寄存单元，当所述轮式机器人完成一次由第一位置到一第二位置的移位动作，控制单元写入在学习路径寄存单元内的多个基准位置点数据共同组成一导航数据，初始设定完毕后，第一位置移位至各个第二位置所对应的导航数据均写入到学习路径寄存单元内；使用时，当控制单元接受到由第一位置到一第二位置的指令后，控制单元调取第一位置到该第二位置所对应的导航数据，并且根据该导航数据控制所述行动单元移位，移位过程中，所述识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别，判断相对位置并且向控制单元输出实时位置点数据，所述控制单元获取该实时位置点数据后并与当前调取导航数据中的基准位置点数据进行比例运算，并调整所述移位单元动作，使其按照当前调取导航数据进行移位。
[0007]进一步的，所述不对称红外图案至少包括一前顶点、一左侧点以及一右侧点，所述识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别过程中，先根据前顶点确定行走方向，其中前顶点与所述识别单元连线为导航引线；当所述左侧点和右侧点均位于所述导航引线的右侧，控制单元判断轮式机器人已经向左侧偏离，控制单元即可控制行动单元向右移位进行方向修正；当所述左侧点和右侧点均位于所述导航引线的左侧，控制单元判断轮式机器人已经向右侧偏离，控制单元即可控制行动单元向左移位进行方向修正。
[0008]进一步的，所述轮式机器人还包括障碍物感测单元，所述障碍物感测单元包括复数个交错分布于所述轮式机器人外部的红外感应器以及通过扫描的方式控制该复数红外感应器逐个启动的处理开关，其中一红外感应器启动后，在它之前的红外感应器关闭，所述处理开关的输出端连接于所述控制单元的使能端。
[0009]进一步的，复数个所述红外感应器以总共50?150次/秒启动速率来完成对上述轮式机器人每个不同角度的扫描。
[0010]一种机器人的导航方法，包括以下步骤:初始路径学习和指令操控行走，所述初始路径学习包括以下步骤:
a、将轮式机器人由第一位置移位至第一个需要设定的第二位置，在此过程中，轮式机器人的识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别；
b、识别单元通过其获取的不对称红外图案来判断轮式机器人相对于当前不对称红外图案所处的位置并且向控制单元输出基准位置点数据；
C、控制单元将该基准位置点数据写入学习路径寄存单元，当轮式机器人完成一次由第一位置到第二位置的移位动作，控制单元写入在学习路径寄存单元内的多个基准位置点数据共同组成第一组导航数据；
d、将轮式机器人由第一位置移位至第二个需要设定的第二位置，在此过程中，轮式机器人的识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别；
e、重复步骤b和C，由此在学习路径寄存单元内写入第二组导航数据；
f将轮式机器人由第一位置移位至其他需要设定的第二位置，在此过程中，轮式机器人的识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别，重复步骤b和C，由此在学习路径寄存单元内写入其他组需要设定的导航数据，初始设定完毕后，第一位置移位至各个第二位置所对应的导航数据均写入到学习路径寄存单元内；所述指令操控行走包括如下步骤:
g、当控制单元接受到用户端提供的由第一位置到其中一第二位置的行走操控指令后，控制单元调取第一位置到该第二位置所对应的那一组导航数据，并且根据该导航数据控制所述行动单元由第一位置开始移位； h、移位过程中，所述识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别，判断相对位置并且向控制单元输出实时位置点数据，所述控制单元获取该实时位置点数据后并与当前调取导航数据中的基准位置点数据进行比例运算，并调整所述移位单元动作，使其按照当前调取导航数据进行移位，直到到达第二位置。
[0011]进一步的，在所述指令操控行走步骤的h步骤中，移位过程时，所述不对称红外图案至少包括一前顶点、一左侧点以及一右侧点，所述识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别过程中，先根据前顶点确定行走方向，其中前顶点与所述识别单元连线为导航引线；当所述左侧点和右侧点均位于所述导航引线的右侧，控制单元判断轮式机器人已经向左侧偏离，控制单元即可控制行动单元向右移位进行方向修正；当所述左侧点和右侧点均位于所述导航引线的左侧，控制单元判断轮式机器人已经向右侧偏离，控制单元即可控制行动单元向左移位进行方向修正。
[0012]进一步的，所述轮式机器人还包括障碍物感测单元，所述障碍物感测单元包括复数个交错分布于所述轮式机器人外部的红外感应器以及通过扫描的方式控制该复数红外感应器逐个启动的处理开关，其中一红外感应器启动后，在它之前的红外感应器关闭，所述处理开关的输出端连接于所述控制单元的使能端。
[0013]进一步的，在所述指令操控行走步骤的h步骤还包括，步骤h1:移位过程时，第一个红外感应器启动，先对其所在的角度发射红外线，判断是否有障碍物；步骤h2: —旦在该角度方向上的特定距离内有障碍物，则将信息输送至控制单元，控制单元则优先控制行走单元朝着远离障碍物的方向移位；之后再根据所述前顶点确定行走方向，其中前顶点与所述识别单元连线为导航引线，当所述左侧点和右侧点均位于所述导航引线的右侧，控制单元判断轮式机器人已经向左侧偏离，控制单元即可控制行动单元向右移位进行方向修正，当所述左侧点和右侧点均位于所述导航引线的左侧，控制单元判断轮式机器人已经向右侧偏离，控制单元即可控制行动单元向左移位进行方向修正；最后再根据上述比例运算的结果，调整所述移位单元动作，使其按照当前调取导航数据进行移位，直到到达第二位置；步骤h3:如果在第一个红外感应器对应角度方向上的特定距离内没有障碍物，则处理开关将第一个红外感应器关闭，并同时打开与其相邻的第二个红外感应器，然后对其所在的角度发射红外线，判断是否有障碍物，一旦在该角度方向上的特定距离内有障碍物，则重复所述步骤h2，如果在第二个红外感应器对应角度方向上的特定距离内没有障碍物，则处理开关将第二个红外感应器关闭，并同时打开与其相邻的第三个红外感 应器，然后对其所在的角度发射红外线，判断是否有障碍物，一旦在该角度方向上的特定距离内有障碍物，则重复所述步骤h2，如果在第三个红外感应器对应角度方向上的特定距离内没有障碍物，重复上述操作，使得所述轮式机器人上的红外感应器逐个进行启动，并且其中一红外感应器启动后，在它之前的红外感应器关闭。
[0014]进一步的，各红外感应器呈环形等角度间隔布置所述轮式机器人的外侧，并且以总共50?150次/秒启动速率来完成对上述轮式机器人每个不同角度的扫描。
[0015]进一步的，在所述指令操控行走步骤的h步骤还包括，步骤h1:移位过程时，第一个红外感应器启动，先对其所在的角度发射红外线，判断在该角度方向上的特定距离内有无障碍物，并且将该信息暂存到处理开关内，然后处理开关将第一个红外感应器关闭，并同时打开与其相邻的第二个红外感应器，然后对其所在的角度发射红外线，判断是否有障碍物并且将该信息暂存到处理开关内，重复上述操作，使得所述轮式机器人上的红外感应器逐个进行启动，并且其中一红外感应器启动后，在它之前的红外感应器关闭；步骤h2:在各红外感应器均完成扫描障碍物动作后，处理开关则将障碍物的位置信息输送至控制单元，控制单元则优先控制行走单元朝着远离障碍物的方向移位；之后再根据所述前顶点确定行走方向，其中前顶点与所述识别单元连线为导航引线，当所述左侧点和右侧点均位于所述导航引线的右侧，控制单元判断轮式机器人已经向左侧偏离，控制单元即可控制行动单元向右移位进行方向修正，当所述左侧点和右侧点均位于所述导航引线的左侧，控制单元判断轮式机器人已经向右侧偏离，控制单元即可控制行动单元向左移位进行方向修正；最后再根据上述比例运算的结果，调整所述移位单元动作，使其按照当前调取导航数据进行移位；步骤h3:移位过程中重复步骤hi和h2直到到达第二位置。
[0016]和现有技术相比，本发明产生的有益效果在于:
1、本发明结构简单、实用性强，通过设置学习路径寄存单元来对识别单元通过其获取的不对称红外图案而得出的导航数据进行写入，从而在实际导航过程中，轮式机器人可以以该导航数据作为参照，根据比例运算的结果，不断调整自己行走，从而完全可以达到提高其自身控制精度和运行效率的目的。
[0017]2、在本发明中，识别单元是基于红外识别技术而构件的，因而可以大大地减少受光照等周围环境的影响作用，有利于提高导航的精确度和稳定性。
[0018]3、在本发明中，通过在地面下方设置红外投射仪来向天花板进行投射不对称红外图案，这样不仅安装便利，布设和维修成本低，而且有利于对导航数据进行调整和修正，其运算量要小的多并且稳定性好。
[0019]4、在本发明中，通过设置一前顶点、一左侧点以及一右侧点，来对导航动作进行细化，这样可以保证轮式机器人在移位过程中不偏离方向，并且可以有针对地细化区域存储了大量的位置和控制信息，提高了机器人的运动控制精度和效率。
[0020]5、在本发明中，通过设置复数个红外感应器可逐一启动的红外感应器来对周围障碍物进行扫描，可以实现多重角度的感测，使得轮式机器人不仅能够闪避平面状的物体，而且可以闪避较难判别的圆柱状物体或圆锥形物体，极大地提高轮式机器人闪避障碍物的能力，从而使得其行走过程中的磕碰现象得到很有力的消除。
[0021 ] 6、在本发明中，由于其中一红外感应器启动后，在它之前的红外感应器关闭，这样可以使得相互之间得红外感应器不会进行相互干扰，大大地提高其检测障碍物的精确度和稳定性。
【附图说明】
[0022]图1为本发明中所述导航系统的结构示意图。
[0023]图2为本发明中所述导航系统的平面布局图。
[0024]图3为本发明中所述轮式机器人检测障碍物的工作示意图一。
[0025]图4为本发明中所述轮式机器人检测障碍物的工作示意图二。
[0026]图5为本发明中所述轮式机器人检测障碍物的工作示意图三。
[0027]图6为本发明中所述轮式机器人检测障碍物的工作示意图四。
【具体实施方式】
[0028]下面参照【附图说明】本发明的【具体实施方式】。
[0029]实施例一
参照图1-图6。一种机器人的导航系统，包括布置于房间内的复数个可向天花板投射不对称红外图案I的红外投射仪2以及一可识别该红外图案I的轮式机器人3，所述轮式机器人3可用于从第一位置移位至多个不同的第二位置，在第一位置到第二位置的行走路径上均设有所述红外投射仪2，所述轮式机器人3包括控制单元4、识别单元5、行动单元6以及学习路径寄存单元7，控制单元4的使能端连接于所述识别单元5，行动单元6的使能端连接于所述控制单元4，所述学习路径寄存单元7电连接于所述控制单元4，在初始设定时，所述轮式机器人3由第一位置移位至任一所述第二位置，所述识别单元5对其在行走过程中依次经过的红外投射仪2所发出的不对称红外图案I进行识别，判断相对位置并且向控制单元4输出基准位置点数据，控制单元4将该基准位置点数据写入所述学习路径寄存单元7，当所述轮式机器人3完成一次由第一位置到一第二位置的移位动作，控制单元4写入在学习路径寄存单元7内的多个基准位置点数据共同组成一导航数据，初始设定完毕后，第一位置移位至各个第二位置所对应的导航数据均写入到学习路径寄存单元7内；使用时，当控制单元4接受到由第一位置到一第二位置的指令后，控制单元4调取第一位置到该第二位置所对应的导航数据，并且根据该导航数据控制所述行动单元6移位，移位过程中，所述识别单元5对其在行走过程中依次经过的红外投射仪2所发出的不对称红外图案I进行识别，判断相对位置并且向控制单元4输出实时位置点数据，所述控制单元4获取该实时位置点数据后并与当前调取导航数据中的基准位置点数据进行比例运算，并调整所述移位单元动作，使其按照当前调取导航数据进行移位。
[0030]参照图1-图6。所述不对称红外图案I至少包括一前顶点10、一左侧点11以及一右侧点12，所述识别单元5对其在行走过程中依次经过的红外投射仪2所发出的不对称红外图案I进行识别过程中，先根据前顶点10确定行走方向，其中前顶点10与所述识别单元5连线为导航引线；当所述左侧点11和右侧点12均位于所述导航引线的右侧，控制单元4判断轮式机器人3已经向左侧偏离，控制单元4即可控制行动单元6向右移位进行方向修正；当所述左侧点11和右侧点12均位于所述导航引线的左侧，控制单元4判断轮式机器人3已经向右侧偏离，控制单元4即可控制行动单元6向左移位进行方向修正。
[0031]参照图4、图5和图6。所述轮式机器人3还包括障碍物感测单元，所述障碍物感测单元包括复数个交错分布于所述轮式机器人3外部的红外感应器8以及通过扫描的方式控制该复数红外感应器8逐个启动的处理开关9，其中一红外感应器8启动后，在它之前的红外感应器8关闭，所述处理开关9的输出端连接于所述控制单元4的使能端。复数个所述红外感应器8以总共50?150次/秒启动速率来完成对上述轮式机器人3每个不同角度的扫描。
[0032]实施例二
参照图1-图6。以别墅室内操控本套机器人导航系统为例，简要叙述本发明中机器人的导航方法。其中第一位置可以选定为卧室，第二位置可以选定为厨房，当然实际上第二位置还可以选定多个其他地方，比如客房、浴室等。
[0033]一种机器人的导航方法，包括以下步骤:初始路径学习和指令操控行走，所述初始路径学习包括以下步骤:
a、将轮式机器人3由卧室移位至厨房，在此过程中，轮式机器人3的识别单元5对其在行走过程中依次经过的红外投射仪2所发出的不对称红外图案I进行识别；
b、识别单元5通过其获取的不对称红外图案I来判断轮式机器人3相对于当前不对称红外图案I所处的位置并且向控制单元4输出基准位置点数据；
c、控制单元4将该基准位置点数据写入学习路径寄存单元7，当轮式机器人3完成一次由卧室到厨房的移位动作，控制单元4写入在学习路径寄存单元7内的多个基准位置点数据共同组成第一组导航数据；
d、将轮式机器人3由卧室移位到客房内，在此过程中，轮式机器人3的识别单元5对其在行走过程中依次经过的红外投射仪2所发出的不对称红外图案I进行识别；
e、重复步骤b和C，由此在学习路径寄存单元7内写入第二组导航数据；
f将轮式机器人3由第一位置移位至其他需要设定的第二位置(比如浴室等)，在此过程中，轮式机器人3的识别单元5对其在行走过程中依次经过的红外投射仪2所发出的不对称红外图案I进行识别，重复步骤b和C，由此在学习路径寄存单元7内写入其他组需要设定的导航数据，初始 设定完毕后，卧室移位至各个第二位置(比如厨房、客房或浴室等)所对应的导航数据均写入到学习路径寄存单元7内。
[0034]所述指令操控行走即为当期我们需要轮式机器人3到哪个地方从而轮式机器人3根据我们的命令而进行的移位动作，当我们在厨房内需要召唤位于卧室内的轮式机器人3时，其具体包括如下步骤:
g、当控制单元4接受到用户端提供的由卧室到厨房的行走操控指令后，控制单元4调取由卧室到厨房所对应的那一组导航数据，并且根据该导航数据控制所述行动单元6由卧室开始移位；
h、移位过程中，所述识别单元5对其在行走过程中依次经过的红外投射仪2所发出的不对称红外图案I进行识别，判断相对位置并且向控制单元4输出实时位置点数据，所述控制单元4获取该实时位置点数据后并与当前调取导航数据中的基准位置点数据进行比例运算，并调整所述移位单元动作，使其按照当前调取导航数据进行移位，直到到达厨房。
[0035]其中，在所述指令操控行走步骤的h步骤中，移位过程时，所述不对称红外图案I至少包括一前顶点10、一左侧点11以及一右侧点12，所述识别单元5对其在行走过程中依次经过的红外投射仪2所发出的不对称红外图案I进行识别过程中，先根据前顶点10确定行走方向，其中前顶点10与所述识别单元5连线为导航引线；当所述左侧点11和右侧点12均位于所述导航引线的右侧，控制单元4判断轮式机器人3已经向左侧偏离，控制单元4即可控制行动单元6向右移位进行方向修正；当所述左侧点11和右侧点12均位于所述导航引线的左侧，控制单元4判断轮式机器人3已经向右侧偏离，控制单元4即可控制行动单元6向左移位进行方向修正。
[0036]并且，所述轮式机器人3还包括障碍物感测单元，所述障碍物感测单元包括复数个交错分布于所述轮式机器人3外部的红外感应器8以及通过扫描的方式控制该复数红外感应器8逐个启动的处理开关9，其中一红外感应器8启动后，在它之前的红外感应器8关闭，所述处理开关9的输出端连接于所述控制单元4的使能端。
[0037]作为本实施例其中一个的更为优选的方案，在所述指令操控行走步骤的h步骤还包括，步骤h1:移位过程时，第一个红外感应器8启动，先对其所在的角度发射红外线，判断是否有障碍物；步骤h2: —旦在该角度方向上的特定距离内有障碍物，则将信息输送至控制单元4，控制单元4则优先控制行走单元朝着远离障碍物的方向移位；之后再根据所述前顶点10确定行走方向，其中前顶点10与所述识别单元5连线为导航引线，当所述左侧点11和右侧点12均位于所述导航引线的右侧，控制单元4判断轮式机器人3已经向左侧偏离，控制单元4即可控制行动单元6向右移位进行方向修正，当所述左侧点11和右侧点12均位于所述导航引线的左侧，控制单元4判断轮式机器人3已经向右侧偏离，控制单元4即可控制行动单元6向左移位进行方向修正；最后再根据上述比例运算的结果，调整所述移位单元动作，使其按照当前调取导航数据进行移位，直到到达厨房；步骤h3:如果在第一个红外感应器8对应角度方向上的特定距离内没有障碍物，则处理开关9将第一个红外感应器8关闭，并同时打开与其相邻的第二个红外感应器8，然后对其所在的角度发射红外线，判断是否有障碍物，一旦在该角度方向上的特定距离内有障碍物，则重复所述步骤h2，如果在第二个红外感应器8对应角度方向上的特定距离内没有障碍物，则处理开关9将第二个红外感应器8关闭，并同时打开与其相邻的第三个红外感应器8，然后对其所在的角度发射红外线，判断是否有障碍物，一旦在该角度方向上的特定距离内有障碍物，则重复所述步骤h2，如果在第三个红外感应器8对应角度方向上的特定距离内没有障碍物，重复上述操作，使得所述轮式机器人3上的红外感应器8逐个进行启动，并且其中一红外感应器8启动后，在它之前的红外感应器8关闭。
[0038]作为本实施例另一个的更为优选的方案，其中各红外感应器8呈环形等角度间隔布置所述轮式机器人3的外侧，并且以总共50?150次/秒启动速率来完成对上述轮式机器人3每个不同角度的扫描。在所述指令操控行走步骤的h步骤还包括，步骤h1:移位过程时，第一个红外感应器8启动，先对其所在的角度发射红外线，判断在该角度方向上的特定距离内有无障碍物，并且将该信息暂存到处理开关9内，然后处理开关9将第一个红外感应器8关闭，并同时打开与其相邻的第二个红外感应器8，然后对其所在的角度发射红外线，判断是否有障碍物并且将该信息暂存到处理开关9内，重复上述操作，使得所述轮式机器人3上的红外感应器8逐个进行启动，并且其中一红外感应器8启动后，在它之前的红外感应器8关闭；步骤h2:在各红外感应器8均完成扫描障碍物动作后，处理开关9则将障碍物的位置信息输送至控制单元4，控制单元4则优先控制行走单元朝着远离障碍物的方向移位；之后再根据所述前顶点10确定行走方向，其中前顶点10与所述识别单元5连线为导航引线，当所述左侧点11和右侧点12均位于所述导航引线的右侧，控制单元4判断轮式机器人3已经向左侧偏离，控制单元4即可控制行动单元6向右移位进行方向修正，当所述左侧点11和右侧点12均位于所述导航引线的左侧，控制单元4判断轮式机器人3已经向右侧偏离，控制单元4即可控制行动单元6向左移位进行方向修正；最后再根据上述比例运算的结果，调整所述移位单元动作，使其按照当前调取导航数据进行移位；步骤h3:移位过程中重复步骤hi和h2直到到达厨房。
[0039]和现有技术相比，本发明产生的有益效果在于:
1、本发明结构简单、实用性强，通过设置学习路径寄存单元7来对识别单元5通过其获取的不对称红外图案I而得出的导航数据进行写入，从而在实际导航过程中，轮式机器人3可以以该导航数据作为参照，根据比例运算的结果，不断调整自己行走，从而完全可以达到提高其自身控制精度和运行效率的目的。
[0040]2、在本发明中，识别单元5是基于红外识别技术而构件的，因而可以大大地减少受光照等周围环境的影响作用，有利于提高导航的精确度和稳定性。
[0041]3、在本发明中，通过在地面下方设置红外投射仪2来向天花板进行投射不对称红外图案1，这样不仅安装便利，布设和维修成本低，而且有利于对导航数据进行调整和修正，其运算量要小的多并且稳定性好。
[0042]4、在本发明中，通过设置一前顶点10、一左侧点11以及一右侧点12，来对导航动作进行细化，这样可以保证轮式机器人3在移位过程中不偏离方向，并且可以有针对地细化区域存储了大量的位置和控制信息，提高了机器人的运动控制精度和效率。
[0043]5、在本发明中，通过设置复数个红外感应器8可逐一启动的红外感应器8来对周围障碍物进行扫描，可以实现多重角度的感测，使得轮式机器人3不仅能够闪避平面状的物体，而且可以闪避较难判别的圆柱状物体或圆锥形物体，极大地提高轮式机器人3闪避障碍物的能力，从而使得其行走过程中的磕碰现象得到很有力的消除。
[0044]6、在本发明中，由于其中一红外感应器8启动后，在它之前的红外感应器8关闭，这样可以使得相互之间得红外感应器8不会进行相互干扰，大大地提高其检测障碍物的精确度和稳定性。
[0045]上述仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
【主权项】
1.一种机器人的导航系统，其特征在于:包括布置于各房间或走廊内的复数个可向天花板投射不对称红外图案的红外投射仪以及一可识别该红外图案的轮式机器人，所述轮式机器人可用于从第一位置移位至多个不同的第二位置，在第一位置到第二位置的行走路径上均设有所述红外投射仪，所述轮式机器人包括控制单元、识别单元、行动单元以及学习路径寄存单元，控制单元的使能端连接于所述识别单元，行动单元的使能端连接于所述控制单元，所述学习路径寄存单元电连接于所述控制单元，在初始设定时，所述轮式机器人由第一位置移位至任一所述第二位置，所述识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别，判断相对位置并且向控制单元输出基准位置点数据，控制单元将该基准位置点数据写入所述学习路径寄存单元，当所述轮式机器人完成一次由第一位置到一第二位置的移位动作，控制单元写入在学习路径寄存单元内的多个基准位置点数据共同组成一导航数据，初始设定完毕后，第一位置移位至各个第二位置所对应的导航数据均写入到学习路径寄存单元内；使用时，当控制单元接受到由第一位置到一第二位置的指令后，控制单元调取第一位置到该第二位置所对应的导航数据，并且根据该导航数据控制所述行动单元移位，移位过程中，所述识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别，判断相对位置 并且向控制单元输出实时位置点数据，所述控制单元获取该实时位置点数据后并与当前调取导航数据中的基准位置点数据进行比例运算，并调整所述移位单元动作，使其按照当前调取导航数据进行移位。2.如权利要求1所述一种机器人的导航系统，其特征在于:所述不对称红外图案至少包括一前顶点、一左侧点以及一右侧点，所述识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别过程中，先根据前顶点确定行走方向，其中前顶点与所述识别单元连线为导航引线；当所述左侧点和右侧点均位于所述导航引线的右侧，控制单元判断轮式机器人已经向左侧偏离，控制单元即可控制行动单元向右移位进行方向修正；当所述左侧点和右侧点均位于所述导航引线的左侧，控制单元判断轮式机器人已经向右侧偏离，控制单元即可控制行动单元向左移位进行方向修正。3.如权利要求2所述一种机器人的导航系统，其特征在于:所述轮式机器人还包括障碍物感测单元，所述障碍物感测单元包括复数个交错分布于所述轮式机器人外部的红外感应器以及通过扫描的方式控制该复数红外感应器逐个启动的处理开关，其中一红外感应器启动后，在它之前的红外感应器关闭，所述处理开关的输出端连接于所述控制单元的使能端。4.权利要求3所述一种机器人的导航系统，其特征在于:复数个所述红外感应器以总共50?150次/秒启动速率来完成对上述轮式机器人每个不同角度的扫描。5.一种机器人的导航方法，其特征在于，包括以下步骤:初始路径学习和指令操控行走，所述初始路径学习包括以下步骤: a、将轮式机器人由第一位置移位至第一个需要设定的第二位置，在此过程中，轮式机器人的识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别； b、识别单元通过其获取的不对称红外图案来判断轮式机器人相对于当前不对称红外图案所处的位置并且向控制单元输出基准位置点数据； C、控制单元将该基准位置点数据写入学习路径寄存单元，当轮式机器人完成一次由第一位置到第二位置的移位动作，控制单元写入在学习路径寄存单元内的多个基准位置点数据共同组成第一组导航数据； d、将轮式机器人由第一位置移位至第二个需要设定的第二位置，在此过程中，轮式机器人的识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别； e、重复步骤b和C，由此在学习路径寄存单元内写入第二组导航数据； f将轮式机器人由第一位置移位至其他需要设定的第二位置，在此过程中，轮式机器人的识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别，重复步骤b和C，由此在学习路径寄存单元内写入其他组需要设定的导航数据，初始设定完毕后，第一位置移位至各个第二位置所对应的导航数据均写入到学习路径寄存单元内； 所述指令操控行走包括如下步骤: g、当控制单元接受到用户端提供的由第一位置到其中一第二位置的行走操控指令后，控制单元调取第一位置到该第二位置所对应的那一组导航数据，并且根据该导航数据控制所述行动单元由第一位置开始移位； h、移位过程中，所述识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别，判断相对位置并且向控制单元输出实时位置点数据，所述控制单元获取该实时位置点数据后并与当前调取导航数据中的基准位置点数据进行比例运算，并调整所述移位单元动作，使其按照当前调取导航数据进行移位，直到到达第二位置。6.如权利要求5所述一种机器人的导航方法，其特征在于:在所述指令操控行走步骤的h步骤中，移位过程时，所述不对称红外图案至少包括一前顶点、一左侧点以及一右侧点，所述识别单元对其在行走过程中依次经过的红外投射仪所发出的不对称红外图案进行识别过程中，先根据前顶点确定行走方向，其中前顶点与所述识别单元连线为导航引线；当所述左侧点和右侧点均位于所述导航引线的右侧，控制单元判断轮式机器人已经向左侧偏离，控制单元即可控制行动单元向右移位进行方向修正；当所述左侧点和右侧点均位于所述导航引线的左侧，控制单元判断轮式机器人已经向右侧偏离，控制单元即可控制行动单元向左移位进行方向修正。7.如权利要求6所述一种机器人的导航方法，其特征在于:所述轮式机器人还包括障碍物感测单元，所述障碍物感测单元包括复数个交错分布于所述轮式机器人外部的红外感应器以及通过扫描的方式控制该复数红外感应器逐个启动的处理开关，其中一红外感应器启动后，在它之前的红外感应器关闭，所述处理开关的输出端连接于所述控制单元的使能端。8.如权利要求7所述一种机器人的导航方法，其特征在于，在所述指令操控行走步骤的h步骤还包括，步骤h1:移位过程时，第一个红外感应器启动，先对其所在的角度发射红外线，判断是否有障碍物；步骤h2: —旦在该角度方向上的特定距离内有障碍物，则将信息输送至控制单元，控制单元则优先控制行走单元朝着远离障碍物的方向移位；之后再根据所述前顶点确定行走方向，其中前顶点与所述识别单元连线为导航引线，当所述左侧点和右侧点均位于所述导航引线的右侧，控制单元判断轮式机器人已经向左侧偏离，控制单元即可控制行动单元向右移位进行方向修正，当所述左侧点和右侧点均位于所述导航引线的左侧，控制单元判断轮式机器人已经向右侧偏离，控制单元即可控制行动单元向左移位进行方向修正；最后再根据上述比例运算的结果，调整所述移位单元动作，使其按照当前调取导航数据进行移位，直到到达第二位置；步骤h3:如果在第一个红外感应器对应角度方向上的特定距离内没有障碍物，则处理开关将第一个红外感应器关闭，并同时打开与其相邻的第二个红外感应器，然后对其所在的角度发射红外线，判断是否有障碍物，一旦在该角度方向上的特定距离内有障碍物，则重复所述步骤h2，如果在第二个红外感应器对应角度方向上的特定距离内没有障碍物，则处理开关将第二个红外感应器关闭，并同时打开与其相邻的第三个红外感应器，然后对其所在的角度发射红外线，判断是否有障碍物，一旦在该角度方向上的特定距离内有障碍物，则重复所述步骤h2，如果在第三个红外感应器对应角度方向上的特定距离内没有障碍物，重复上述操作，使得所述轮式机器人上的红外感应器逐个进行启动，并且其中一红外感应器启动后，在它之前的红外感应器关闭。9.如权利要求7所述一种机器人的导航方法，其特征在于:各红外感应器呈环形等角度间隔布置所述轮式机器人的外侧，并且以总共50?150次/秒启动速率来完成对上述轮式机器人每个不同角度的扫描。10.如权利要求9所述一种机器人的导航方法，其特征在于:在所述指令操控行走步骤的h步骤还包括，步骤h1:移位过程时，第一个红外感应器启动，先对其所在的角度发射红外线，判断在该角度方向上的特定距离内有无障碍物，并且将该信息暂存到处理开关内，然后处理开关将第一个红外感应器关闭，并同时打开与其相邻的第二个红外感应器，然后对其所在的角度发射红外线，判断是否有障碍物并且将该信息暂存到处理开关内，重复上述操作，使得所述轮式机器人上的红外感应器逐个进行启动，并且其中一红外感应器启动后，在它之前的红外感应器关闭；步骤h2:在各红外感应器均完成扫描障碍物动作后，处理开关则将障碍物的位置信息输送至控制单元，控制单元则优先控制行走单元朝着远离障碍物的方向移位；之后再根据所述前顶点确定行走方向，其中前顶点与所述识别单元连线为导航引线，当所述左侧点和右侧点均位于所述导航引线的右侧，控制单元判断轮式机器人已经向左侧偏离，控制单元即可控制行动单元向右移位进行方向修正，当所述左侧点和右侧点均位于所述导航引线的左侧，控制单元判断轮式机器人已经向右侧偏离，控制单元即可控制行动单元向左移位进行方向修正；最后再根据上述比例运算的结果，调整所述移位单元动作，使其按照当前调取导航数据进行移位；步骤h3:移位过程中重复步骤hi和h2直到到达第二位置。
【专利摘要】一种机器人的导航系统，包括布置于各房间或走廊内的复数个可向天花板投射不对称红外图案的红外投射仪以及一可识别该红外图案的轮式机器人，所述轮式机器人可用于从第一位置移位至多个不同的第二位置，在第一位置到第二位置的行走路径上均设有所述红外投射仪，所述轮式机器人包括控制单元、识别单元、行动单元以及学习路径寄存单元。本发明还包括一种上述机器人的导航方法。本发明通过设置学习路径寄存单元来对识别单元通过其获取的不对称红外图案而得出的导航数据进行写入，从而在实际导航过程中，轮式机器人可以以该导航数据作为参照，根据比例运算的结果，不断调整自己行走，从而完全可以达到提高其自身控制精度和运行效率的目的。
【IPC分类】G05D1/02
【公开号】CN104898677
【申请号】CN201510365366
【发明人】李文庆, 刘伟联
【申请人】厦门狄耐克物联智慧科技有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月29日
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