CN108507580A - 一种移动机器人平台自定位系统及自定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动机器人平台自定位系统及自定位方法，该自定位系统包括一台移动机器人平台以及定位装置，定位装置由三个置于天花板的信标组成。每个信标都有一个蓝牙模块，同时移动机器人平台也内置蓝牙模块，与信标进行通信，以测量移动机器人平台当前与信标之间的斜角距离。再通过一个信标的高度测量单元测量天花板到地板间的垂直距离。据此，定位装置依据测量所得的斜角距离及垂直距离，计算定位装置与移动机器人平台间的水平距离，利用三边定位算法，得出移动机器人平台相对于定位装置的相对位置。

Description

一种移动机器人平台自定位系统及自定位方法

技术领域

本发明涉及一种移动机器人平台自定位系统及自定位方法。

背景技术

移动机器人平台例如扫地机器人等智能设备，近年来正逐渐普及。市场上的移动机器人，大多利用移动机器人平台内置的红外传感器或者超声波传感器，对周围环境进行判断，若周围有障碍物，就会选择其他的路径。这种方法很难采集当前移动机器人平台的位置信息。为了能够准确控制平台的移动，移动机器人平台必须具备特定的自定位系统。

移动机器人平台可以使用环境地图模型匹配定位，这也是很多移动机器人平台所采用的自定位方法。机器人通过自身的各种传感器探测周围环境，利用感知到的局部环境信息进行局部的地图构造，并与其内部事先存储的完整地图进行匹配。通过匹配关系获得自己在全局环境中的位置，从而确定自身的位置。该方法在结构复杂的环境中测量的精度并不是很高。

基于信标的定位系统依赖于一系列环境中已知特征的信标，并需要在移动机器人上安装传感器对信标进行观测。用于信标观测的传感器有很多种，比如红外传感器、超声波传感器、激光雷达、视觉传感器等。红外传感器与超声波传感器可以测得障碍物的距离，但是测量精度不是很高，而且红外信号在室内有反射，会造成误差。激光雷达、视觉传感器等可以实时测量，没有累进误差，精度相对较高、稳定性好，提供快速、稳定、精确的绝对位置信息，但安装和维护信标的费用很高。市场上已经出现较为成熟的基于信标定位的信标定位移动机器人平台，如Proscenic的模拟GPS卫星三点定位技术，iRobot的Northstar导航定位技术，但由于其价格较为昂贵，它们都用于相对高端的产品中。

发明内容

本发明的目的在于提供移动机器人平台自定位系统及自定位方法，通过蓝牙模块进行通信，进行高准确度的定位工作，由此来提高移动机器人平台的清扫效率，缩短清扫时间。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种移动机器人平台的自定位系统，包括移动机器人平台和定位装置；所述移动机器人平台内部具有一个蓝牙模块，所述定位装置具有三个内置蓝牙模块的信标，其中一个信标具有高度测量单元；所述定位装置安装于天花板，由高度测量单元测得信标到地板之间的垂直距离，通过信标内置的蓝牙模块与移动机器人平台的蓝牙模块进行通信，计算得出信标与移动机器人平台蓝牙模块间的斜角距离，由控制器计算出所述信标与移动机器人平台的水平距离，得到移动机器人平台的相对坐标。

如上所述，位于天花板的三个信标需要提前测量它们的相对距离，提前用移动机器人平台内的控制器建立平面坐标系。

如上所述，该移动机器人平台的控制器连接蓝牙模块，识别三个信标的ID，每个信标的ID是唯一的。

如上所述，该移动机器人平台还包括：

一处理单元，用以计算各个信标与移动机器人平台蓝牙模块间的斜角距离、水平距离和相对位置，其中该计算程序以该垂直距离和斜线距离进行三角函数计算出三个水平距离，用三边定位算法计算当前的相对位置。

如上所述，所述蓝牙模块为贴片式。

如上所述，本发明提供了一种基于该移动机器人平台自定位系统的自定位方法，该自定位方法包括以下步骤：

(a)通过一高度测量单元测量定位装置到一地板间的垂直距离；

(b)三个信标会向移动机器人平台发送用于标识自己唯一的ID，随后会请求移动机器人平台发送一个射频信号，并要求移动机器人平台附带蓝牙定位节点的ID以及这个射频信号的发送功率P1；射频信号在传播到蓝牙定位节点的过程中会有功率的衰减，得到接收功率P2；使用RSSI测距算法进行此节点与移动机器人平台的距离计算，得到斜角距离L；

(c)依据该垂直距离与该斜角距离计算该定位装置与该移动机器人平台的一水平距离；

(d)依次计算出三个信标与移动机器人平台的水平距离S1、S2和S3，用三点定位算法计算出移动机器人平台当前的坐标。

本发明相对于本领域相关技术所能达到的技术功效在于，定位装置可发出每个信标唯一的ID，移动机器人平台接收到蓝牙发出的信息，计算出移动机器人平台相对于定位装置的相对位置。通过此相对位置，可令移动机器人平台不会迷失方向或者重复清扫已完成作业的区域。因此，可实现更有效率的清扫动作，以缩短作业时间，进而降低移动机器人平台的电池使用量。

此外，本发明主要通过设置在天花板上的内置蓝牙模块的信标，与移动机器人平台进行蓝牙通信，用移动机器人平台的控制器计算出移动机器人平台的相对位置。与其他基于信标的移动机器人平台定位相比，蓝牙定位比激光雷达等传感器的成本要低，有利于市场开拓。

再者，本发明将定位装置安装在欲作业空间的天花板上，因此可在干扰最小的情况下使移动机器人平台接收蓝牙信号对自身进行定位。并且可以不受障碍物的影响，时刻对移动机器人平台进行定位。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单的介绍。

图1为本发明的移动机器人平台定位系统示意图；

图2为本发明的移动机器人平台方框图；

图3为本发明的定位装置安装示意图；

图4为本发明的定位流程图；

其中：1.室内空间，11.天花板，12.地板，2.移动机器人平台，21.蓝牙模块，22.处理模块，23.运动机构，24.记忆单元，25.计算程序，26.工作数据，3.内置蓝牙模块的信标一，4.内置蓝牙模块的信标二，5.内置蓝牙模块的信标三，6.高度测量单元，7.定位装置，H.信标到地板的垂直距离，L1.信标1到移动机器人平台的斜角距离，L2.信标2到移动机器人平台的斜角距离，L3.信标3到移动机器人平台的斜角距离，S1.信标1到移动机器人平台的水平距离，S2.信标2到移动机器人平台的水平距离，S3.信标3到移动机器人平台的水平距离，S10-S20.定位步骤。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合实施例对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述。

图1为本发明的移动机器人平台定位系统示意图。本发明揭露了一种移动机器人平台定位系统，包括定位装置7以及移动机器人平台2，该系统主要运用于欲清扫的室内空间1，其中定位装置7设置于该室内空间1的天花板11，而该移动机器人平台2则放置在该室内空间1的地板12上，在地板12上自动进行清扫工作。

如图1所示，该定位装置7安装于天花板11上，由三个内置蓝牙模块的信标3、4和5构成，其中一个具有高度测量单元6，用以测量该定位装置7与地板12之间的距离H，多个信标内部的模块用以测量信标3、4和5到移动机器人平台之间的斜角距离L1、L2和L3，该移动机器人平台可依据三个信标与移动机器人平台间的斜角距离L1、L2和L3以及定位装置7与地板12之间的距离H，计算出三个信标与移动机器人平台间的水平距离S1、S2和S3。位于天花板的三个信标需要提前测量它们的相对距离，提前用移动机器人平台内的控制器建立平面坐标系。该移动机器人平台内部控制器必须连接蓝牙模块，识别三个信标的的ID，每个信标的ID都是唯一的。

图2为本发明的移动机器人平台方框图。如图2所示，该移动机器人平台2主要具有蓝牙模块21、处理模块22、运动机构23以及记忆单元24。其中记忆单元24包括计算程序25和工作数据26。蓝牙模块21负责采集三个信标发出的蓝牙信号，并分别对它们的ID进行采集。处理模块22将蓝牙信号通过RSSI算法计算出三个信标与移动机器人平台间的距离。并且处理模块22控制该移动机器人平台的运动机构23，以令移动机器人平台2进行特定的清扫工作。其中运动机构23包括轮子、电机、刷毛以及吸尘器模块等本技术领域常有的机构，与此不再赘述。

记忆单元24负责运算并存储当前的位置信息，其中计算程序25计算当前的位置，工作数据26负责存储三个信标到移动机器人平台距离的数据。

图3为本发明的定位装置安装示意图。如图3所示，信标1、2和3分别安装于天花板11的3、4和5的位置上，分别记录它们的坐标。利用三边定位算法，计算出移动机器人平台当前所在的坐标。

图4为本发明的定位流程图。图4揭露了本发明的一定位方法，该定位方法运用于前述的该移动机器人平台2及该定位装置7。以下进行具体说明：

首先，该定位装置7启动后，通过其高度测量单元6测量与该地板间的该垂直距离H(步骤S10)，并且由三个信标发送蓝牙信号给移动机器人平台(步骤S12)。本实施例中，该步骤S10与该步骤S12并没有执行上的顺序关系，该定位装置7可先执行该步骤S10后再执行该步骤S12，亦先执行该步骤S12后再执行该步骤S10，或者亦可同时执行该二步骤，不加以限定。

该步骤S10与该步骤S12后，移动机器人平台收到三个信标发送的蓝牙信号(步骤S14)，使用RSSI算法，依据接收的蓝牙信号衰减计算与信标间的斜角距离L1、L2和L3(步骤S16)。

之后，依据垂直距离及斜角距离计算与三个信标间的水平距离(步骤S18)，最终计算移动机器人平台相对于三个信标的相对位置(步骤S20)，移动机器人平台可以得知哪些作业区域已清扫完成，哪些作业区域尚未清扫。

通过本发明的自定位系统，可通过蓝牙模块等低成本的材料，达到相对准确的定位效果，借此提高移动机器人平台的作业效率。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，例如：计算信标与移动机器人平台的距离不限于使用RSSI测距算法；例如：上述蓝牙设备，可做成贴片式可以很简便地贴附于天花板，或是可结合吊灯等装饰物贴附于室内天花板位置。该系统也可以用于工业领域，例如：移动机器人清理车间现场及类似于对地面进行全覆盖的作业。这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种移动机器人平台自定位系统，包括移动机器人平台和定位装置，所述移动机器人平台内部具有一个蓝牙模块，其特征在于，所述定位装置安装于天花板、且具有三个内置蓝牙模块的信标，所述信标通过其内置的蓝牙模块与移动机器人平台的蓝牙模块进行通信，计算得出信标与移动机器人平台蓝牙模块间的斜角距离；所述定位装置通过高度测量模块测得信标与移动机器人的垂直距离；由控制器计算出所述信标与移动机器人平台的水平距离，得到移动机器人平台的相对坐标。

2.根据权利要求1所述的一种移动机器人平台自定位系统，其特征在于，位于天花板的三个信标需要提前测量它们的相对距离，提前用移动机器人平台内的控制器建立平面坐标系。

3.根据权利要求1所述的一种移动机器人平台自定位系统，其特征在于，所述移动机器人平台的控制器连接蓝牙模块，识别三个信标的ID，每个信标的ID是唯一的。

4.根据权利要求1所述的一种移动机器人平台自定位系统，其特征在于，所述移动机器人平台还包括：

一处理单元，用以计算各个信标与移动机器人平台蓝牙模块间的斜角距离、水平距离及相对位置，其中计算程序以该垂直距离和斜线距离进行三角函数计算出三个水平距离，用三边定位算法计算当前的相对位置。

5.根据权利要求1-4中的任一项所述的一种移动机器人平台自定位系统，其特征在于，所述蓝牙模块为贴片式。

6.一种移动机器人平台自定位方法，其特征在于，采用如权利要求1-4任一所述的移动机器人平台自定位系统。

7.根据权利要求6所述的一种移动机器人平台自定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)通过一高度测量单元测量定位装置到一地板间的垂直距离；

(b)三个信标会向移动机器人平台发送用于标识自己唯一的ID，随后会请求移动机器人平台发送一个射频信号，并要求移动机器人平台附带蓝牙定位节点的ID以及这个射频信号的发送功率P1；射频信号在传播到蓝牙定位节点的过程中会有功率的衰减，得到接收功率P2；使用RSSI测距算法进行此节点与移动机器人平台的距离计算，得到斜角距离L；

(c)依据该垂直距离与该斜角距离计算该定位装置与该移动机器人平台的一水平距离；

(d)依次计算出三个信标与移动机器人平台的水平距离S1、S2和S3，用三点定位算法计算出移动机器人平台当前的坐标。