專利名稱：一種家用服務(wù)機器人的定位系統(tǒng)及定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機器人領(lǐng)域，特別涉及一種家用服務(wù)機器人的定位系統(tǒng)及定位方法。
背景技術(shù)：
機器人是自動執(zhí)行工作的機器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運行預(yù)先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動。它的任務(wù)是協(xié)助或取代人類工作的工作。現(xiàn)在國際上對機器人的研究發(fā)展十分迅速，其中機器人定位系統(tǒng)作為眾多機器人技術(shù)中非常重要關(guān)鍵技術(shù)，可以說一個優(yōu)秀的定位系統(tǒng)是家庭服務(wù)機器人真正的“大腦”，它的運作情況將極大的影響機器人為人類服務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個目的是提供一種家用服務(wù)機器人的定位系統(tǒng)，該定位系統(tǒng)結(jié)合幾種定位方式進行智能定位，定位精度高，使用效果好。實現(xiàn)本發(fā)明第一個目的的技術(shù)方案是:本發(fā)明包括中央控制器，紅外感應(yīng)坐標(biāo)定位模塊、雙目視覺定位模塊、聲納輔助定位模塊和紅外探測器；所述紅外感應(yīng)坐標(biāo)定位模塊包括在一個區(qū)域內(nèi)由至少三個紅外發(fā)射器組成的紅外發(fā)射器網(wǎng)絡(luò)和安裝在家用服務(wù)機器人的八個方向上的紅外感應(yīng)器；所述雙目視覺定位模塊包括第一攝像機、第二攝像機和特征識別模塊；所述第一攝像機和第二攝像機在同一平面上，且光軸相互平行，朝向相同，相對位置固定不變；所述聲納輔助定位模塊包括具有聲納發(fā)射器和聲納接收器的超聲波傳感器；所述紅外探測器包括紅外發(fā)射器和紅外接收器；所述紅外感應(yīng)坐標(biāo)定位模塊、雙目視覺定位模塊、聲納輔助定位模塊和紅外探測器均與中央控制器連接。上述超聲波傳感器安裝在家用服務(wù)機器人的正面、背面以及兩個側(cè)面；所述紅外探測器安裝在家用服務(wù)器機器人的八個方向上。本發(fā)明的第二個目的是提供一種家用服務(wù)機器人的定位方法，該定位方法將幾種定位方法結(jié)合使用，使其定位方法更加智能化，使用效果更好。實現(xiàn)本發(fā)明第二個目的的技術(shù)方案是:本發(fā)明包括以下步驟:1、依據(jù)CAD制作戶型圖，建立平面的二維基礎(chǔ)坐標(biāo)系，其戶型圖可以修改后再導(dǎo)入系統(tǒng)，不限制用戶使用的戶型圖個數(shù)，并允許用戶儲存多個戶型圖，但是家用服務(wù)機器人在當(dāng)前工作狀態(tài)下只允許使用其中一個戶型圖；I1、在家中每個區(qū)域內(nèi)安裝至少三個紅外發(fā)射器，每個紅外發(fā)射器都有一個明確的唯一識別ID，其標(biāo)識通過編程的方法經(jīng)由紅外發(fā)射器的紅外信號發(fā)射出去；II1、啟動家用服務(wù)機器人，加載戶型圖后，家用服務(wù)機器人通過紅外感應(yīng)坐標(biāo)定位模塊和雙目視覺定位模塊來定位當(dāng)前的位置坐標(biāo)；IV、家用服務(wù)機器人確定完當(dāng)前位置坐標(biāo)后，根據(jù)需要通過紅外感應(yīng)坐標(biāo)定位模塊和雙目視覺定位模塊進行相應(yīng)的行進作業(yè)，通過聲納輔助定位模塊和紅外探測器保證家用服務(wù)機器人在進行作業(yè)的過程中能進行避障。上述步驟III中確定當(dāng)前的位置坐標(biāo)的步驟如下:I)系統(tǒng)初始化，檢測機器是否正常，若不正常則顯示系統(tǒng)錯誤；若正常則通過紅外感應(yīng)坐標(biāo)定位模塊判斷是否感應(yīng)到紅外發(fā)射器發(fā)出的紅外信號，若感應(yīng)到紅外信號，則判斷是否存在三個紅外信號，若感應(yīng)到三個紅外信號則計算出當(dāng)前的位置坐標(biāo)，若只感應(yīng)到兩個紅外信號則通過雙目視覺定位模塊找到一個戶型特征點并計算出當(dāng)前的位置坐標(biāo)；若只感應(yīng)到一個紅外信號則通過雙目視覺定位模塊找到兩個戶型特征點并計算出當(dāng)前的位置坐標(biāo)；2)若紅外感應(yīng)坐標(biāo)定位模塊感應(yīng)不到紅外信號，則檢測雙目視覺定位模塊是否正常，若不正常則顯示系統(tǒng)錯誤，若正常則提示無紅外坐標(biāo)感應(yīng)陣列，通過上下左右轉(zhuǎn)動調(diào)整雙目視覺定位模塊的位置找出三個戶型特征并計算出當(dāng)前的位置坐標(biāo)。上述步驟IV中家用服務(wù)機器人的避障的具體步驟如下:一、行進的同時，聲納輔助定位模塊和紅外探測器都處于工作狀態(tài)；二、利用 聲納輔助定位模塊進行超聲波測距，利用紅外探測器進行紅外測距，確定前方有效距離，若沒有小于安全距離則繼續(xù)行進，若小于安全距離則停止行進并記錄當(dāng)前位置；三、當(dāng)因小于安全距離而停止行進時，判斷是否已經(jīng)變換方向，若變換了方向，則記錄該變換方向并變換方向，然后重復(fù)步驟二 ；若沒有變換方向，則變換方向并重復(fù)步驟
--O上述步驟IV中家用服務(wù)機器人的行進作業(yè)和避障的具體步驟如下:(一)、通過紅外感應(yīng)坐標(biāo)定位模塊確定家庭服務(wù)機器人當(dāng)前的位置坐標(biāo)；(二)、確定目標(biāo)，該目標(biāo)為有確定坐標(biāo)位置的目標(biāo)，或者是在家中且處在家庭服務(wù)機器人視覺可以識別的地方；(三)、計算行進路線，通過紅外感應(yīng)坐標(biāo)定位模塊和雙目視覺定位模塊進行實時計算行進路線，并在行進過程中結(jié)合使用聲納輔助定位模塊和紅外探測器進行避障行進。上述紅外感應(yīng)坐標(biāo)定位模塊的定位方法如下:a、依據(jù)CAD制作戶型圖，建立平面的二維基礎(chǔ)坐標(biāo)系，其戶型圖可以修改后再導(dǎo)入系統(tǒng)，不限制用戶使用的戶型圖個數(shù)，并允許用戶儲存多個戶型圖，但是家用服務(wù)機器人在當(dāng)前工作狀態(tài)下只允許使用其中一個戶型圖；b、在家中每個區(qū)域內(nèi)安裝至少三個紅外發(fā)射器，每個紅外發(fā)射器都有一個明確的唯一識別ID，其標(biāo)識通過編程的方法經(jīng)由紅外發(fā)射器的紅外信號發(fā)射出去；家用服務(wù)機器人的八個方向上都安裝上用于接收紅外發(fā)射器發(fā)出的紅外信號的紅外感應(yīng)器，通過紅外感應(yīng)器獲取各個方向上紅外發(fā)射器的ID，從而獲得各個方向上紅外發(fā)射器的位置坐標(biāo)；C、根據(jù)感應(yīng)到的三個紅外發(fā)射器的坐標(biāo)計算出家用服務(wù)機器人的當(dāng)前位置坐標(biāo)，并通過分析每個紅外感應(yīng)器接收到的紅外發(fā)射器的坐標(biāo)確定當(dāng)前家用服務(wù)機器人面朝的前進方向，其中計算當(dāng)前位置坐標(biāo)的具體方法為:A、家用服務(wù)機器人移動中測量三個紅外發(fā)射器的下行導(dǎo)頻信號，通過測量接受功率Pr (d)，以及根據(jù)以下弗里斯自由空間方程式，來計算紅外發(fā)射器與紅外感應(yīng)器之間的距離d:
圖5為本發(fā)明中紅外感應(yīng)坐標(biāo)定位模塊的場強定位示意圖；圖6為本發(fā)明中平面圖像確定角度原理圖；圖7為本發(fā)明中雙面視覺定位模塊的原理圖。
具體實施例方式見

圖1至圖7，本發(fā)明涉及的定位系統(tǒng)包括中央控制器1，紅外感應(yīng)坐標(biāo)定位模塊
2、雙目視覺定位模塊3、聲納輔助定位模塊4和紅外探測器5 ;所述紅外感應(yīng)坐標(biāo)定位模塊2包括在一個區(qū)域內(nèi)由至少三個紅外發(fā)射器211組成的紅外發(fā)射器網(wǎng)絡(luò)21和安裝在家用服務(wù)機器人的八個方向上的紅外感應(yīng)器22 ;所述雙目視覺定位模塊3包括第一攝像機31、第二攝像機32和特征識別模塊33 ;所述第一攝像機31和第二攝像機32在同一平面上，且光軸相互平行，朝向相同，相對位置固定不變；所述聲納輔助定位模塊4包括具有聲納發(fā)射器411和聲納接收器412的超聲波傳感器41 ;所述紅外探測器5包括紅外發(fā)射器51和紅外接收器52 ;所述紅外感應(yīng)坐標(biāo)定位模塊2、雙目視覺定位模塊3、聲納輔助定位模塊4和紅外探測器5均與中央控制器I連接；所述超聲波傳感器41安裝在家用服務(wù)機器人的正面、背面以及兩個側(cè)面；所述紅外探測器5安裝在家用服務(wù)器機器人的八個方向上。本發(fā)明涉及的定位系統(tǒng)的定位方法，包括以下步驟:1、依據(jù)CAD制作戶型圖，建立平面的二維基礎(chǔ)坐標(biāo)系，其戶型圖可以修改后再導(dǎo)入系統(tǒng)，不限制用戶使用的戶型圖個數(shù)，并允許用戶儲存多個戶型圖，但是家用服務(wù)機器人在當(dāng)前工作狀態(tài)下只允許使用其中一個戶型圖；I1、在家中每個區(qū)域內(nèi)安裝至少三個紅外發(fā)射器211，每個紅外發(fā)射器211都有一個明確的唯一識別ID，其標(biāo)識通過編程的方法經(jīng)由紅外發(fā)射器211的紅外信號發(fā)射出去；II1、啟動家用服務(wù)機器人，加載戶型圖后，家用服務(wù)機器人通過紅外感應(yīng)坐標(biāo)定位模塊2和雙目視覺定位模塊3來定位當(dāng)前的位置坐標(biāo)；IV、家用服務(wù)機器人確定完當(dāng)前位置坐標(biāo)后，根據(jù)需要通過紅外感應(yīng)坐標(biāo)定位模塊2和雙目視覺定位模塊3進行相應(yīng)的行進作業(yè)，通過聲納輔助定位模塊4和紅外探測器5保證家用服務(wù)機器人在進行作業(yè)的過程中能進行避障。上述步驟III中確定當(dāng)前的位置坐標(biāo)的步驟如下:I)系統(tǒng)初始化，檢測機器是否正常，若不正常則顯示系統(tǒng)錯誤；若正常則通過紅外感應(yīng)坐標(biāo)定位模塊2判斷是否感應(yīng)到紅外發(fā)射器211發(fā)出的紅外信號，若感應(yīng)到紅外信號，則判斷是否存在三個紅外信號，若感應(yīng)到三個紅外信號則計算出當(dāng)前的位置坐標(biāo)，若只感應(yīng)到兩個紅外信號則通過雙目視覺定位模塊3找到一個戶型特征點并計算出當(dāng)前的位置坐標(biāo)；若只感應(yīng)到一個紅外信號則通過雙目視覺定位模塊3找到兩個戶型特征點并計算出當(dāng)前的位置坐標(biāo)；2)若紅外感應(yīng)坐標(biāo)定位模塊2感應(yīng)不到紅外信號，則檢測雙目視覺定位模塊3是否正常，若不正常則顯示系統(tǒng)錯誤，若正常則提示無紅外坐標(biāo)感應(yīng)陣列，通過上下左右轉(zhuǎn)動調(diào)整雙目視覺定位模塊3的位置找出三個戶型特征并計算出當(dāng)前的位置坐標(biāo)。上述步驟IV中家用服務(wù)機器人的避障的具體步驟如下:一、行進的同時，聲納輔助定位模塊4和紅外探測器5都處于工作狀態(tài)；二、利用聲納輔助定位模塊4進行超聲波測距，利用紅外探測器5進行紅外測距，確定前方有效距離，若沒有小于安全距離則繼續(xù)行進，若小于安全距離則停止行進并記錄當(dāng)前位置；三、當(dāng)因小于安全距離而停止行進時，判斷是否已經(jīng)變換方向，若變換了方向，則記錄該變換方向并變換方向，然后重復(fù)步驟二 ；若沒有變換方向，則變換方向并重復(fù)步驟
--O上述步驟IV中家用服務(wù)機器人的行進作業(yè)和避障的具體步驟如下:(一)、通過紅外感應(yīng)坐標(biāo)定位模塊2確定家庭服務(wù)機器人當(dāng)前的位置坐標(biāo)；(二)、確定目標(biāo)，該目標(biāo)為有確定坐標(biāo)位置的目標(biāo)，或者是在家中且處在家庭服務(wù)機器人視覺可以識別的地方；(三)、計算行進路線，通過紅外感應(yīng)坐標(biāo)定位模塊2和雙目視覺定位模塊3進行實時計算行進路線，并在行進過程中結(jié)合使用聲納輔助定位模塊4和紅外探測器5進行避障行進。上述紅外感應(yīng)坐標(biāo)定位模塊2的定位方法如下:a、依據(jù)CAD制作戶型圖，建立平面的二維基礎(chǔ)坐標(biāo)系，其戶型圖可以修改后再導(dǎo)入系統(tǒng)，不限制用戶使用的戶型圖個數(shù)，并允許用戶儲存多個戶型圖，但是家用服務(wù)機器人在當(dāng)前工作狀態(tài)下只允許使用其中一個戶型圖；b、在家中每個區(qū)域內(nèi)安裝至少三個紅外發(fā)射器211，每個紅外發(fā)射器211都有一個明確的唯一識別ID，其標(biāo)識通過編程的方法經(jīng)由紅外發(fā)射器211的紅外信號發(fā)射出去；家用服務(wù)機器人的八個方向上都安裝上用于`接收紅外發(fā)射器211發(fā)出的紅外信號的紅外感應(yīng)器22，通過紅外感應(yīng)器22獲取各個方向上紅外發(fā)射器211的ID，從而獲得各個方向上紅外發(fā)射器211的位置坐標(biāo)；C、根據(jù)感應(yīng)到的三個紅外發(fā)射器211的坐標(biāo)計算出家用服務(wù)機器人的當(dāng)前位置坐標(biāo)，并通過分析每個紅外感應(yīng)器22接收到的紅外發(fā)射器211的坐標(biāo)確定當(dāng)前家用服務(wù)機器人面朝的前進方向，其中計算當(dāng)前位置坐標(biāo)的具體方法為:A、家用服務(wù)機器人移動中測量三個紅外發(fā)射器211的下行導(dǎo)頻信號，通過測量接受功率Pr (d)，以及根據(jù)以下弗里斯自由空間方程式，來計算紅外發(fā)射器211與紅外感應(yīng)器22之間的距離d:Fr(rt) =PtGrGt其中:Pt為紅外發(fā)射器211的發(fā)射功率；Pr (d)為接收功率；Gt為紅外發(fā)射器211天線的接收增益；Gr為紅外感應(yīng)器22天線的接收增益；λ為波長；d是紅外發(fā)射器211和紅外感應(yīng)器22之間的距離；B、通過以上弗里斯自由空間方程式可以計算出紅外發(fā)射器Tl與家用服務(wù)機器人之間的距離dl，紅外發(fā)射器T2與家用服務(wù)機器人之間的距離d2，紅外發(fā)射器T3與家用服務(wù)機器人之間的距離d3 ；
C、根據(jù)計算出的dl、d2、d3和三角公式計算出機器人當(dāng)前所在位置坐標(biāo)。上述雙目視覺定位模塊3的定位計算方法如下:a)首先定義一個世界坐標(biāo)系，將第一攝像機31所在位置Fl和第二攝像機32所在位置F2連線的中點作為世界坐標(biāo)系的原點，以第一攝像機31和第二攝像機32連線的右方向為χ軸正方向，以過原點且垂直于水平面向上為y軸正方向，以過原點且平行于水平面指向物體的方向為z軸正方向，z軸與攝像頭光軸平行；b)對于物體上的一個特征點P，其在xoz平面上的投影為P’，通過平面圖像確定角度的原理，可獲知在XOZ平面上P’ Fl連線與第一攝像機31的光軸的夾角a，P’ F2連線與第二攝像機32的光軸的夾角b，從而確定三角形F1F2P’的三條邊的長度和三個角的角度；根據(jù)已知的第一攝像機31和第二攝像機32的間距F1F2，可得出P’ P”、0P”，即得出特征點P的z軸坐標(biāo)和χ軸坐標(biāo)；同理根據(jù)特征點P在yoz平面上的投影可以求得特征點P的y軸坐標(biāo)，從而實現(xiàn)定位；其中平面圖像確定角度的原理為:對目標(biāo)上的一點D進行采樣后的圖像上的對應(yīng)像素為D’，可知在射線D’ D上的所有點被采樣成像后都對應(yīng)點D’，射線D’D上的每個點和攝像機所在點F之間的連線與攝像頭光軸FO的夾角都可以用角D’FO表示；采樣圖像上的像素的位置表明了該像素對應(yīng)的射線相對于攝像頭光軸FO的夾角大?。挥纱丝筛鶕?jù)采樣圖像上的點的位置確定其代表的實際的點和攝像機所在點F之間的連線與攝像機光軸FO的角度。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種家用服務(wù)機器人的定位系統(tǒng)，包括中央控制器(1)，紅外感應(yīng)坐標(biāo)定位模塊(2)、雙目視覺定位模塊(3)、聲納輔助定位模塊(4)和紅外探測器(5);其特征在于:所述紅外感應(yīng)坐標(biāo)定位模塊(2)包括在一個區(qū)域內(nèi)由至少三個紅外發(fā)射器(211)組成的紅外發(fā)射器網(wǎng)絡(luò)(21)和安裝在家用服務(wù)機器人的八個方向上的紅外感應(yīng)器(22);所述雙目視覺定位模塊(3)包括第一攝像機(31)、第二攝像機(32)和特征識別模塊(33);所述第一攝像機(31)和第二攝像機(32)在同一平面上，且光軸相互平行，朝向相同，相對位置固定不變；所述聲納輔助定位模塊(4)包括具有聲納發(fā)射器(411)和聲納接收器(412)的超聲波傳感器(41);所述紅外探測器(5)包括紅外發(fā)射器(51)和紅外接收器(52);所述紅外感應(yīng)坐標(biāo)定位模塊(2)、雙目視覺定位模塊(3)、聲納輔助定位模塊(4)和紅外探測器(5)均與中央控制器(I)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種家用服務(wù)機器人的定位系統(tǒng)，其特征在于:所述超聲波傳感器(41)安裝在家用服務(wù)機器人的正面、背面以及兩個側(cè)面；所述紅外探測器(5)安裝在家用服務(wù)器機器人的八個方向上。
3.一種家用服務(wù)機器人的定位方法，其特征在于包括以下步驟: 1、依據(jù)CAD制作戶型圖，建立平面的二維基礎(chǔ)坐標(biāo)系，其戶型圖可以修改后再導(dǎo)入系統(tǒng)，不限制用戶使用的戶型圖個數(shù)，并允許用戶儲存多個戶型圖，但是家用服務(wù)機器人在當(dāng)前工作狀態(tài)下只允許 使用其中一個戶型圖； I1、在家中每個區(qū)域內(nèi)安裝至少三個紅外發(fā)射器(211)，每個紅外發(fā)射器(211)都有一個明確的唯一識別ID，其標(biāo)識通過編程的方法經(jīng)由紅外發(fā)射器(211)的紅外信號發(fā)射出去; II1、啟動家用服務(wù)機器人，加載戶型圖后，家用服務(wù)機器人通過紅外感應(yīng)坐標(biāo)定位模塊(2)和雙目視覺定位模塊(3)來定位當(dāng)前的位置坐標(biāo)； IV、家用服務(wù)機器人確定完當(dāng)前位置坐標(biāo)后，根據(jù)需要通過紅外感應(yīng)坐標(biāo)定位模塊(2)和雙目視覺定位模塊(3)進行相應(yīng)的行進作業(yè)，通過聲納輔助定位模塊(4)和紅外探測器(5)保證家用服務(wù)機器人在進行作業(yè)的過程中能進行避障。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種家用服務(wù)機器人的定位方法，其特征在于:所述步驟III中確定當(dāng)前的位置坐標(biāo)的步驟如下: 1)系統(tǒng)初始化，檢測機器是否正常，若不正常則顯示系統(tǒng)錯誤；若正常則通過紅外感應(yīng)坐標(biāo)定位模塊(2)判斷是否感應(yīng)到紅外發(fā)射器(211)發(fā)出的紅外信號，若感應(yīng)到紅外信號，則判斷是否存在三個紅外信號，若感應(yīng)到三個紅外信號則計算出當(dāng)前的位置坐標(biāo)，若只感應(yīng)到兩個紅外信號則通過雙目視覺定位模塊(3)找到一個戶型特征點并計算出當(dāng)前的位置坐標(biāo)；若只感應(yīng)到一個紅外信號則通過雙目視覺定位模塊(3)找到兩個戶型特征點并計算出當(dāng)前的位置坐標(biāo)； 2)若紅外感應(yīng)坐標(biāo)定位模塊(2)感應(yīng)不到紅外信號，則檢測雙目視覺定位模塊(3)是否正常，若不正常則顯示系統(tǒng)錯誤，若正常則提示無紅外坐標(biāo)感應(yīng)陣列，通過上下左右轉(zhuǎn)動調(diào)整雙目視覺定位模塊(3)的位置找出三個戶型特征并計算出當(dāng)前的位置坐標(biāo)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種家用服務(wù)機器人的定位方法，其特征在于:所述步驟IV中家用服務(wù)機器人的避障的具體步驟如下: 一、行進的同時，聲納輔助定位模塊(4)和紅外探測器(5)都處于工作狀態(tài)；二、利用聲納輔助定位模塊(4)進行超聲波測距，利用紅外探測器(5)進行紅外測距，確定前方有效距離，若沒有小于安全距離則繼續(xù)行進，若小于安全距離則停止行進并記錄當(dāng)前位置； 三、當(dāng)因小于安全距離而停止行進時，判斷是否已經(jīng)變換方向，若變換了方向，則記錄該變換方向并變換方向，然后重復(fù)步驟二 ；若沒有變換方向，則變換方向并重復(fù)步驟二。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種家用服務(wù)機器人的定位方法，其特征在于:所述步驟IV中家用服務(wù)機器人的行進作業(yè)和避障的具體步驟如下: (一)、通過紅外感應(yīng)坐標(biāo)定位模塊(2)確定家庭服務(wù)機器人當(dāng)前的位置坐標(biāo)； (二 )、確定目標(biāo)，該目標(biāo)為有確定坐標(biāo)位置的目標(biāo)，或者是在家中且處在家庭服務(wù)機器人視覺可以識別的地方； (三)、計算行進 路線，通過紅外感應(yīng)坐標(biāo)定位模塊(2 )和雙目視覺定位模塊(3 )進行實時計算行進路線，并在行進過程中結(jié)合使用聲納輔助定位模塊(4)和紅外探測器(5)進行避障行進。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種家用服務(wù)機器人的定位方法，其特征在于:所述紅外感應(yīng)坐標(biāo)定位模塊(2)的定位方法如下: a、依據(jù)CAD制作戶型圖，建立平面的二維基礎(chǔ)坐標(biāo)系，其戶型圖可以修改后再導(dǎo)入系統(tǒng)，不限制用戶使用的戶型圖個數(shù)，并允許用戶儲存多個戶型圖，但是家用服務(wù)機器人在當(dāng)前工作狀態(tài)下只允許使用其中一個戶型圖； b、在家中每個區(qū)域內(nèi)安裝至少三個紅外發(fā)射器(211)，每個紅外發(fā)射器(211)都有一個明確的唯一識別ID，其標(biāo)識通過編程的方法經(jīng)由紅外發(fā)射器(211)的紅外信號發(fā)射出去；家用服務(wù)機器人的八個方向上都安裝上用于接收紅外發(fā)射器(211)發(fā)出的紅外信號的紅外感應(yīng)器(22 )，通過紅外感應(yīng)器(22 )獲取各個方向上紅外發(fā)射器(211)的ID，從而獲得各個方向上紅外發(fā)射器(211)的位置坐標(biāo)； C、根據(jù)感應(yīng)到的三個紅外發(fā)射器(211)的坐標(biāo)計算出家用服務(wù)機器人的當(dāng)前位置坐標(biāo)，并通過分析每個紅外感應(yīng)器(22)接收到的紅外發(fā)射器(211)的坐標(biāo)確定當(dāng)前家用服務(wù)機器人面朝的前進方向，其中計算當(dāng)前位置坐標(biāo)的具體方法為: A、家用服務(wù)機器人移動中測量三個紅外發(fā)射器(211)的下行導(dǎo)頻信號，通過測量接受功率Pr (d)，以及根據(jù)以下弗里斯自由空間方程式，來計算紅外發(fā)射器(211)與紅外感應(yīng)器(22)之間的距離d: 柳)=(i)咕具 其中: Pt為紅外發(fā)射器(211)的發(fā)射功率； Pr(d)為接收功率； Gt為紅外發(fā)射器(211)天線的接收增益； Gr為紅外感應(yīng)器(22)天線的接收增益； λ為波長； d是紅外發(fā)射器(211)和紅外感應(yīng)器(22)之間的距離； B、通過以上弗里斯自由空間方程式可以計算出紅外發(fā)射器(211)T1與家用服務(wù)機器人之間的距離dl，紅外發(fā)射器(211)T2與家用服務(wù)機器人之間的距離d2，紅外發(fā)射器(211) T3與家用服務(wù)機器人之間的距離d3 ； C、根據(jù)計算出的dl、d2、d3和三角公式計算出機器人當(dāng)前所在位置坐標(biāo)。
8.根據(jù)權(quán) 利要求7所述的一種家用服務(wù)機器人的定位方法，其特征在于:所述雙目視覺定位模塊(3)的定位計算方法如下: a)首先定義一個世界坐標(biāo)系，將第一攝像機(31)所在位置Fl和第二攝像機(32)所在位置F2連線的中點作為世界坐標(biāo)系的原點，以第一攝像機(31)和第二攝像機(32)連線的右方向為χ軸正方向，以過原點且垂直于水平面向上為y軸正方向，以過原點且平行于水平面指向物體的方向為z軸正方向，z軸與攝像頭光軸平行； b)對于物體上的一個特征點P，其在XOZ平面上的投影為P’，通過平面圖像確定角度的原理，可獲知在xoz平面上P’ Fl連線與第一攝像機(31)的光軸的夾角a，P’ F2連線與第二攝像機(32)的光軸的夾角b，從而確定三角形F1F2P’的三條邊的長度和三個角的角度；根據(jù)已知的第一攝像機(31)和第二攝像機(32)的間距F1F2，可得出P’ P”、0P”，即得出特征點P的z軸坐標(biāo)和χ軸坐標(biāo)；同理根據(jù)特征點P在yoz平面上的投影可以求得特征點P的I軸坐標(biāo)，從而實現(xiàn)定位；其中平面圖像確定角度的原理為:對目標(biāo)上的一點D進行采樣后的圖像上的對應(yīng)像素為D’，可知在射線D’ D上的所有點被采樣成像后都對應(yīng)點D’，射線D’D上的每個點和攝像機所在點F之間的連線與攝像頭光軸FO的夾角都可以用角D’FO表示；采樣圖像上的像素的位置表明了該像素對應(yīng)的射線相對于攝像頭光軸FO的夾角大??；由此可根據(jù)采樣圖像上的點的位置確定其代表的實際的點和攝像機所在點F之間的連線與攝像機光軸FO的角度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種家用服務(wù)機器人的定位系統(tǒng)及定位方法，在一個區(qū)域內(nèi)安裝至少三個紅外發(fā)射器，家用服務(wù)機器人通過自身的中央控制器，紅外感應(yīng)坐標(biāo)定位模塊、雙目視覺定位模塊、聲納輔助定位模塊和紅外探測器進行行進作業(yè)且在進行作業(yè)中能自動避障。本發(fā)明中設(shè)置的紅外發(fā)射器越多其測量定位精度越高。本發(fā)明有利于家用服務(wù)機器人的推廣使用，提高了機器人定位性能。
文檔編號B25J13/08GK103170980SQ20131007646
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月11日
發(fā)明者曲東升, 劉彥武, 朱梓清, 李長峰 申請人:常州銘賽機器人科技有限公司