本實(shí)用新型涉及機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及基于TDOA定位的室內(nèi)服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

室內(nèi)服務(wù)機(jī)器人是智能機(jī)器人的一個(gè)重要分支，與工業(yè)機(jī)器人和室外機(jī)器人不同，室內(nèi)服務(wù)機(jī)器人主要工作在結(jié)構(gòu)化的室內(nèi)環(huán)境中，比如醫(yī)院、餐廳、家庭等場(chǎng)所，實(shí)現(xiàn)物品的遞送、客戶引導(dǎo)、清潔、娛樂等服務(wù)任務(wù)。

目前，室內(nèi)服務(wù)機(jī)器人的定位和導(dǎo)航方式主要包括：磁條定位和導(dǎo)航、視覺定位和導(dǎo)航、激光定位和導(dǎo)航、無線定位和導(dǎo)航等方式。其中，磁條定位是通過在機(jī)器人行走路徑上鋪設(shè)磁條和標(biāo)記點(diǎn)，由機(jī)器人攜帶的磁導(dǎo)航傳感器和標(biāo)記點(diǎn)感應(yīng)傳感器獲取路徑信息和定位信息，目前被餐廳服務(wù)機(jī)器人和物流配送機(jī)器人所普遍采用。這種導(dǎo)航和定位方法原理簡(jiǎn)單，但是靈活性不足，尤其對(duì)具有復(fù)雜交叉路徑的環(huán)境，磁條的鋪設(shè)和控制均比較復(fù)雜，并且后期維護(hù)也較繁瑣，此外，對(duì)酒店和餐廳應(yīng)用的服務(wù)機(jī)器人，貼在地面上的磁條嚴(yán)重影響了美觀。視覺定位和導(dǎo)航方式是使用基于圖像背景的定位原理實(shí)現(xiàn)在室內(nèi)環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)，這種方式存在對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力差和位置精度誤差大的缺點(diǎn)，在環(huán)境改變后，需要重新進(jìn)行地圖構(gòu)建和定位。激光定位和導(dǎo)航是利用激光掃描傳感器獲得周圍環(huán)境的坐標(biāo)信息以實(shí)現(xiàn)定位和導(dǎo)航，該定位和導(dǎo)航方式精度高，可達(dá)毫米級(jí)，但價(jià)格高，主要應(yīng)用于高端的工業(yè)搬運(yùn)機(jī)器人，難以應(yīng)用于室內(nèi)服務(wù)機(jī)器人。無線定位和導(dǎo)航方案可采用包括Wifi、RFID、超聲波、藍(lán)牙、射頻等多種方式，然而基于Wifi、RFID、超聲波、藍(lán)牙的定位和導(dǎo)航均存在定位精度低的問題，定位精度為米級(jí)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種具有定位精度高、通訊距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、地圖和路徑構(gòu)建簡(jiǎn)單、靈活性高的基于TDOA定位的室內(nèi)服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：基于TDOA定位的室內(nèi)服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)，包括機(jī)器人及控制所述機(jī)器人行走的控制系統(tǒng)，所述機(jī)器人包括移動(dòng)底盤及設(shè)置在所述移動(dòng)底盤上的機(jī)器人主體，所述移動(dòng)底盤包括底盤、設(shè)置在所述底盤上的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、萬向輪機(jī)構(gòu)、電源系統(tǒng)；所述控制系統(tǒng)包括TDOA定位系統(tǒng)、數(shù)據(jù)輸入端口、避障系統(tǒng)和處理模塊，所述TDOA定位系統(tǒng)包括固定設(shè)置在所述移動(dòng)底盤上的定位測(cè)量模塊及固定設(shè)置在室內(nèi)固定物上的三個(gè)定位基準(zhǔn)點(diǎn)，三個(gè)所述定位基準(zhǔn)點(diǎn)不位于同一直線上，所述數(shù)據(jù)輸入端口用以輸入已經(jīng)二維坐標(biāo)數(shù)組化的室內(nèi)環(huán)境地圖、二維坐標(biāo)數(shù)組化的運(yùn)動(dòng)路徑、二維坐標(biāo)數(shù)組化的所述定位基準(zhǔn)點(diǎn)，所述處理模塊包括存儲(chǔ)所述室內(nèi)環(huán)境地圖、運(yùn)動(dòng)路徑的儲(chǔ)存模塊及向所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)出行走指令的輸出模塊。

上述技術(shù)方案中，定位測(cè)量模塊則固定在移動(dòng)底盤上，隨著機(jī)器人一起運(yùn)動(dòng)。定位測(cè)量模塊每間隔一定時(shí)間向3個(gè)定位基準(zhǔn)點(diǎn)同時(shí)發(fā)出射頻通訊信號(hào)，各定位基準(zhǔn)點(diǎn)收到定位測(cè)量模塊的射頻通訊信號(hào)后會(huì)以一定的時(shí)序分別發(fā)送出一個(gè)反饋信號(hào)。定位測(cè)量模塊通過測(cè)量射頻信號(hào)發(fā)出時(shí)間和反饋信號(hào)的收到時(shí)間可以計(jì)算出射頻信號(hào)的飛行時(shí)間。通過計(jì)算3個(gè)定位基準(zhǔn)點(diǎn)與定位測(cè)量模塊之間射頻信號(hào)的飛行時(shí)間的時(shí)間差，可獲得定位測(cè)量模塊相對(duì)于3個(gè)定位基準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在二維室內(nèi)環(huán)境下的位置定位。在機(jī)器人的移動(dòng)過程中，通過獲取定位測(cè)量模塊前后兩次定位的數(shù)據(jù)，可獲得機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向。

避障系統(tǒng)包括避障傳感器，當(dāng)避障傳感器感應(yīng)到行進(jìn)方向有障礙物時(shí)，機(jī)器人會(huì)停止前進(jìn)，并重新按處理模塊發(fā)出的修改后的指令行走。

優(yōu)選的技術(shù)方案，所述底盤上表面設(shè)置有安裝板，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)輪、驅(qū)動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過彈性懸掛裝置設(shè)置在所述安裝板上，所述彈性懸掛裝置包括固定安裝在所述安裝板上的楔形塊，所述楔形塊下表面兩端分別設(shè)置有一導(dǎo)軌，所述導(dǎo)軌下端固定設(shè)置在所述底盤上，所述導(dǎo)軌上由上而下依次設(shè)置有彈簧、滑動(dòng)板、直線軸承，所述彈簧上端固定設(shè)置在所述安裝板上、下端固定設(shè)置在所述滑動(dòng)板上，所述滑動(dòng)板兩端各設(shè)置有一通孔，兩根所述導(dǎo)軌分別穿過所述通孔設(shè)置，所述直線軸承上端固定設(shè)置在所述滑動(dòng)板下表面，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定設(shè)置在所述滑動(dòng)板下表面。

上述技術(shù)方案中，所述楔形塊的小表面為傾斜面，該傾斜面與安裝板的夾角為5°到35°，優(yōu)選為12°到30°。

優(yōu)選的技術(shù)方案，所述萬向輪機(jī)構(gòu)包括萬向輪及設(shè)置在所述萬向輪上端的至少四個(gè)減震墊。

優(yōu)選的技術(shù)方案，所述電源系統(tǒng)包括由多個(gè)蓄電池串聯(lián)而成的蓄電池組。

本實(shí)用新型的工作原理：

將機(jī)器人所在的室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行手動(dòng)測(cè)量，將機(jī)器人所在的室內(nèi)環(huán)境的二維地圖以二維坐標(biāo)數(shù)組的方式進(jìn)行表示，并將該室內(nèi)地圖數(shù)組數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)輸入端口輸入給處理模塊，從而處理模塊可以獲得所在室內(nèi)環(huán)境的地圖；將機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)路徑以二維坐標(biāo)數(shù)組的方式進(jìn)行表示，并將該數(shù)組數(shù)據(jù)輸入給處理模塊，從而處理模塊可以獲得在該室內(nèi)環(huán)境的運(yùn)動(dòng)路徑；將3個(gè)定位基準(zhǔn)點(diǎn)的位置分別以二維坐標(biāo)數(shù)組的方式進(jìn)行表示，并將該數(shù)組數(shù)據(jù)輸入給處理模塊，從而處理模塊可以獲得定位基準(zhǔn)點(diǎn)在該室內(nèi)環(huán)境的位置。同時(shí)，位于機(jī)器人移動(dòng)底盤上的TDOA定位系統(tǒng)的定位測(cè)量模塊每間隔一定時(shí)間向3個(gè)定位基準(zhǔn)點(diǎn)同時(shí)發(fā)出射頻通訊信號(hào)，各定位基準(zhǔn)點(diǎn)收到定位測(cè)量模塊的射頻通訊信號(hào)后會(huì)以一定的時(shí)序分別發(fā)送出一個(gè)反饋信號(hào)。定位測(cè)量模塊通過測(cè)量射頻信號(hào)發(fā)出時(shí)間和反饋信號(hào)的收到時(shí)間可以計(jì)算出射頻信號(hào)的飛行時(shí)間。通過計(jì)算3個(gè)定位基準(zhǔn)點(diǎn)與定位測(cè)量模塊之間射頻信號(hào)的飛行時(shí)間的時(shí)間差，可獲得定位測(cè)量模塊相對(duì)于3個(gè)定位基準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在二維室內(nèi)環(huán)境下的位置定位。

處理模塊根據(jù)所輸入的二維坐標(biāo)數(shù)組化的地圖數(shù)據(jù)或路徑數(shù)據(jù)，并結(jié)合TDOA定位系統(tǒng)獲得的機(jī)器人位置數(shù)據(jù)和定位基準(zhǔn)點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)在統(tǒng)一坐標(biāo)系下對(duì)機(jī)器人位置和室內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)的獲取，從而通過處理模塊的輸出模塊給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)出相關(guān)指令，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在該室內(nèi)環(huán)境下自主運(yùn)動(dòng)，完成如送餐服務(wù)、迎賓服務(wù)、導(dǎo)購(gòu)服務(wù)、清掃服務(wù)等功能。

由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：

1、本實(shí)用新型在硬件上是利用無線射頻進(jìn)行位置測(cè)量，軟件上利用TDOA定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人在室內(nèi)環(huán)境內(nèi)的定位和導(dǎo)航，定位精度在±10cm至±20cm，具有定位精度高、通訊距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)；

2、本實(shí)用新型所提出的以二維坐標(biāo)數(shù)組的形式將室內(nèi)環(huán)境的二維地圖或路徑輸入給機(jī)器人控制系統(tǒng)，與采用視覺或激光傳感器進(jìn)行地圖構(gòu)建、定位和導(dǎo)航方法相比，具有操作簡(jiǎn)單，靈活性高的優(yōu)點(diǎn)；

3、本實(shí)用新型的移動(dòng)底盤采用彈性懸掛裝置，在遇到小突起或者小凹坑的時(shí)候，抓地性強(qiáng)，不打滑，能夠平穩(wěn)前進(jìn)。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例一移動(dòng)底盤結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2位本實(shí)用新型實(shí)施例一彈性懸掛裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例一機(jī)器人室內(nèi)定位示意圖；

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例一TDOA定位方法原理圖。

其中：1、移動(dòng)底盤；2、定位測(cè)量模塊；3、定位基準(zhǔn)點(diǎn)；4、底盤；5、安裝板；6、彈性懸掛裝置；7、蓄電池組；8、萬向輪；9、楔形塊；10、導(dǎo)軌；11、固定塊；12、彈簧；13、滑動(dòng)板；14、直線軸承；15、驅(qū)動(dòng)輪；16、驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述：

實(shí)施例一：

基于TDOA定位的室內(nèi)服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)，包括機(jī)器人及控制機(jī)器人行走的控制系統(tǒng)，機(jī)器人包括移動(dòng)底盤1及設(shè)置在移動(dòng)底盤1上的機(jī)器人主體，移動(dòng)底盤1包括底盤4、設(shè)置在底盤4上的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、萬向輪機(jī)構(gòu)、電源系統(tǒng)；控制系統(tǒng)包括TDOA定位系統(tǒng)、數(shù)據(jù)輸入端口、避障系統(tǒng)和處理模塊，TDOA定位系統(tǒng)包括固定設(shè)置在移動(dòng)底盤1上的定位測(cè)量模塊2及固定設(shè)置在室內(nèi)固定物上的三個(gè)定位基準(zhǔn)點(diǎn)3，三個(gè)定位基準(zhǔn)點(diǎn)3不位于同一直線上，數(shù)據(jù)輸入端口用以輸入已經(jīng)二維坐標(biāo)數(shù)組化的室內(nèi)環(huán)境地圖、二維坐標(biāo)數(shù)組化的運(yùn)動(dòng)路徑、二維坐標(biāo)數(shù)組化的定位基準(zhǔn)點(diǎn)3，處理模塊包括存儲(chǔ)室內(nèi)環(huán)境地圖、運(yùn)動(dòng)路徑的儲(chǔ)存模塊及向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)出行走指令的輸出模塊。

如圖3、4所示，定位測(cè)量模塊2則固定在移動(dòng)底盤1上，隨著機(jī)器人一起運(yùn)動(dòng)。定位測(cè)量模塊2每間隔一定時(shí)間向3個(gè)定位基準(zhǔn)點(diǎn)3同時(shí)發(fā)出射頻通訊信號(hào)，各定位基準(zhǔn)點(diǎn)3收到定位測(cè)量模塊2的射頻通訊信號(hào)后會(huì)以一定的時(shí)序分別發(fā)送出一個(gè)反饋信號(hào)。定位測(cè)量模塊2通過測(cè)量射頻信號(hào)發(fā)出時(shí)間和反饋信號(hào)的收到時(shí)間可以計(jì)算出射頻信號(hào)的飛行時(shí)間。通過計(jì)算3個(gè)定位基準(zhǔn)點(diǎn)3與定位測(cè)量模塊2之間射頻信號(hào)的飛行時(shí)間的時(shí)間差，可獲得定位測(cè)量模塊2相對(duì)于3個(gè)定位基準(zhǔn)點(diǎn)3之間的距離，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在二維室內(nèi)環(huán)境下的位置定位。在機(jī)器人的移動(dòng)過程中，通過獲取定位測(cè)量模塊2前后兩次定位的數(shù)據(jù)，可獲得機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向。

如圖1、2所示，底盤4上表面設(shè)置有安裝板5，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)輪15、驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪15的驅(qū)動(dòng)電機(jī)16，驅(qū)動(dòng)電機(jī)16通過彈性懸掛裝置6設(shè)置在安裝板5上，彈性懸掛裝置6包括固定安裝在安裝板5上的楔形塊9，楔形塊9下表面兩端分別設(shè)置有一導(dǎo)軌10，導(dǎo)軌10下端通過固定塊11固定設(shè)置在底盤4上，導(dǎo)軌10上由上而下依次設(shè)置有彈簧12、滑動(dòng)板13、直線軸承14，彈簧12上端固定設(shè)置在安裝板5上、下端固定設(shè)置在滑動(dòng)板13上，滑動(dòng)板13兩端各設(shè)置有一通孔，兩根導(dǎo)軌10分別穿過通孔設(shè)置，直線軸承14上端固定設(shè)置在滑動(dòng)板13下表面，驅(qū)動(dòng)電機(jī)16固定設(shè)置在滑動(dòng)板13下表面。

楔形塊9的小表面為傾斜面，該傾斜面與安裝板5的夾角為5°到35°，優(yōu)選為12°到30°。

萬向輪機(jī)構(gòu)包括四個(gè)萬向輪8及設(shè)置在萬向輪8上端的四個(gè)減震墊。

電源系統(tǒng)包括由多個(gè)蓄電池串聯(lián)而成的蓄電池組7。

本實(shí)施例的的使用方法：

將機(jī)器人所在的室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行手動(dòng)測(cè)量，將機(jī)器人所在的室內(nèi)環(huán)境的二維地圖以二維坐標(biāo)數(shù)組的方式進(jìn)行表示，并將該室內(nèi)地圖數(shù)組數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)輸入端口輸入給處理模塊，從而處理模塊可以獲得所在室內(nèi)環(huán)境的地圖；將機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)路徑以二維坐標(biāo)數(shù)組的方式進(jìn)行表示，并將該數(shù)組數(shù)據(jù)輸入給處理模塊，從而處理模塊可以獲得在該室內(nèi)環(huán)境的運(yùn)動(dòng)路徑；將3個(gè)定位基準(zhǔn)點(diǎn)3的位置分別以二維坐標(biāo)數(shù)組的方式進(jìn)行表示，并將該數(shù)組數(shù)據(jù)輸入給處理模塊，從而處理模塊可以獲得定位基準(zhǔn)點(diǎn)3在該室內(nèi)環(huán)境的位置。同時(shí)，位于機(jī)器人移動(dòng)底盤1上的TDOA定位系統(tǒng)的定位測(cè)量模塊2每間隔一定時(shí)間向3個(gè)定位基準(zhǔn)點(diǎn)3同時(shí)發(fā)出射頻通訊信號(hào)，各定位基準(zhǔn)點(diǎn)3收到定位測(cè)量模塊2的射頻通訊信號(hào)后會(huì)以一定的時(shí)序分別發(fā)送出一個(gè)反饋信號(hào)。定位測(cè)量模塊2通過測(cè)量射頻信號(hào)發(fā)出時(shí)間和反饋信號(hào)的收到時(shí)間可以計(jì)算出射頻信號(hào)的飛行時(shí)間。通過計(jì)算3個(gè)定位基準(zhǔn)點(diǎn)3與定位測(cè)量模塊2之間射頻信號(hào)的飛行時(shí)間的時(shí)間差，可獲得定位測(cè)量模塊2相對(duì)于3個(gè)定位基準(zhǔn)點(diǎn)3之間的距離，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在二維室內(nèi)環(huán)境下的位置定位。

處理模塊根據(jù)所輸入的二維坐標(biāo)數(shù)組化的地圖數(shù)據(jù)或路徑數(shù)據(jù)，并結(jié)合TDOA定位系統(tǒng)獲得的機(jī)器人位置數(shù)據(jù)和定位基準(zhǔn)點(diǎn)3的位置數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)在統(tǒng)一坐標(biāo)系下對(duì)機(jī)器人位置和室內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)的獲取，從而通過處理模塊的輸出模塊給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)出相關(guān)指令，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在該室內(nèi)環(huán)境下自主運(yùn)動(dòng)，完成如送餐服務(wù)、迎賓服務(wù)、導(dǎo)購(gòu)服務(wù)、清掃服務(wù)等功能。