本實用新型屬于定位導(dǎo)航設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種機器人航標定位導(dǎo)航系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

長期以來，讓機器人具備自定位和自路徑規(guī)劃能力一直是科技研發(fā)的熱點，廣泛采用的方法是沿機器人的行駛路徑鋪設(shè)導(dǎo)軌、導(dǎo)線或粘貼(噴刷)引導(dǎo)標識，配合一定的行駛次序來指引機器人正常運行。而引導(dǎo)物的識別可能是磁場、紅外或電場的變化，也可能是反光的灰度或顏色變化，還可能是簡單的導(dǎo)軌、導(dǎo)桿或?qū)Ь€；采用引導(dǎo)標識這種方法的優(yōu)勢在于機器人易于識別行駛路徑，容易實現(xiàn)機器人的定位和路徑規(guī)劃，而劣勢在于必須鋪設(shè)或張貼(噴刷)一定量的引導(dǎo)物，對于復(fù)雜環(huán)境、任務(wù)點多、環(huán)境頻繁變化或難以設(shè)置引導(dǎo)物的場所，運用該方法則存在一定難度。對于空曠場所，可以使用投射移動引導(dǎo)標記，由空中的投射器將一組移動引導(dǎo)標記向空曠場所內(nèi)投射，用一個移動標記引導(dǎo)一臺機器人的行駛，常見的移動標記是紅外光斑，而無遮擋是應(yīng)用的最大障礙。

如今，人們在機器人的定位與路徑規(guī)劃領(lǐng)域逐步引入了環(huán)境電子地圖，機器人可以用自身的視覺識別能力，按照周圍環(huán)境物的外觀特征查取電子地圖來確定機器人自身在環(huán)境中的具體方位，而該法要求先對環(huán)境進行測量、標記和景物特征提取，再按應(yīng)用要求生成易于查取的電子地圖并存入機器人中，需要定位和路徑規(guī)劃時，機器人用自身的視覺、特征提取和匹配能力來確定自身方位，其中生成準確、實用的電子地圖和機器人的視覺識別能力是兩項影響該法廣泛應(yīng)用的軟肋。另一項逐步在機器人定位與路徑規(guī)劃領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用的技術(shù)是導(dǎo)航定位，但受定位精度的影響目前仍處于實驗室研究狀態(tài)，所以有必要探索一條環(huán)境適應(yīng)力強、易于機器人定位和路徑規(guī)劃的新途徑。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種機器人航標定位導(dǎo)航系統(tǒng)，用航標箭頭為機器人提供全局坐標，用自動追蹤成像得到機器人在環(huán)境電子地圖中的方位，經(jīng)路徑規(guī)劃實現(xiàn)機器人在復(fù)雜環(huán)境中的自動導(dǎo)航。

本實用新型所采用的技術(shù)方案是，機器人航標定位導(dǎo)航系統(tǒng)，包括有航標、機器人以及方位測算器，在使用中航標設(shè)置于環(huán)境場所內(nèi)的頂部中央，方位測算器水平固定設(shè)置于機器人的頂部，機器人能在環(huán)境場所內(nèi)自由行駛。

本實用新型的特點還在于：

航標，包括有安裝基板，安裝基板正面中央設(shè)有發(fā)光箭頭，安裝基板的背面設(shè)置有供電器，安裝基板的背面與環(huán)境場所內(nèi)的頂部中央連接，使安裝基板的正面面向下。

方位測算器包括有方位測算器殼體，方位測算器殼體的頂壁中央設(shè)置有聚焦透鏡；在方位測算器殼體內(nèi)水平設(shè)置有固定齒輪，固定齒輪的中央與推桿的一端垂直連接，推桿的另一端從方位測算器殼體的底部中央伸出與設(shè)置于方位測算器殼體外的凸輪組成高副，且推桿還與方位測算器殼體的底部之間形成移動副；凸輪用軸與升降驅(qū)動步進電機連接，連接凸輪與升降驅(qū)動步進電機的軸支撐于支撐座上，支撐座固定于方位測算器殼體的底部；在方位測算器殼體內(nèi)靠近固定齒輪的一側(cè)設(shè)置有驅(qū)動齒輪，且驅(qū)動齒輪與固定齒輪相嚙合，在固定齒輪和驅(qū)動齒輪的上方平行的設(shè)置有轉(zhuǎn)臂，固定齒輪通過轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)臂連接構(gòu)成轉(zhuǎn)動副；轉(zhuǎn)臂上的一端設(shè)置有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動步進電機，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動步進電機通過驅(qū)動軸驅(qū)動齒輪連接，轉(zhuǎn)臂上的另一端設(shè)置有導(dǎo)桿支撐座a，轉(zhuǎn)臂上還設(shè)置有與導(dǎo)桿支撐座a相對的導(dǎo)桿支撐座b，在導(dǎo)桿支撐座a與導(dǎo)桿支撐座b之間呈左、右且平行連接有螺旋導(dǎo)桿組和光導(dǎo)桿組，光導(dǎo)桿組由兩根光導(dǎo)桿構(gòu)成，螺旋導(dǎo)桿組由兩根螺旋導(dǎo)桿構(gòu)成；兩根螺旋導(dǎo)桿通過驅(qū)動軸與移動驅(qū)動步進電機連接，移動驅(qū)動步進電機設(shè)置于轉(zhuǎn)臂上且靠近導(dǎo)桿支撐座b處；面成像模塊設(shè)置于兩根光導(dǎo)桿或兩根螺旋導(dǎo)桿上；面成像模塊設(shè)置于兩根光導(dǎo)桿上，則面成像模塊能與兩根光導(dǎo)桿組成移動副；面成像模塊設(shè)置于兩根螺旋導(dǎo)桿上，則面成像模塊能與兩根螺旋導(dǎo)桿組成螺旋副。

本實用新型的有益效果是，

(1)本實用新型機器人航標定位導(dǎo)航系統(tǒng)，為機器人在場所頂部設(shè)置航標(即方向箭頭)，航標既可以是印刷標簽，也可以是LED燈組成的箭頭圖案，該航標的功能相當于海上航行的燈塔，要求場所內(nèi)的每臺機器人從各位置都能識別該航標，實現(xiàn)了用一個航標取代一系列引導(dǎo)物的意圖，能大幅減少傳統(tǒng)引導(dǎo)系統(tǒng)的安裝和維護，并極大簡化機器人引導(dǎo)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

(2)本實用新型機器人航標定位導(dǎo)航系統(tǒng)，固定了成像鏡頭，讓行駛路面、成像面和鏡頭相互平行，相對成像鏡頭移動成像面，讓航標上的箭頭在成像面上的合適位置成像，用成像航標箭頭相對于鏡頭的坐標得出機器人在環(huán)境電子地圖中的方位，實現(xiàn)了機器人的自定位與路徑規(guī)劃，用成像航標箭頭與成像面坐標之間的夾角算出機器人相對于航標箭頭方向的轉(zhuǎn)角，該成像面平移航標成像技術(shù)和機器人動態(tài)定位算法既簡單準確又穩(wěn)定實用，具有良好的應(yīng)用前景。

(3)本實用新型機器人航標定位導(dǎo)航系統(tǒng)，在機器人頂部安裝航標箭頭自動追蹤成像系統(tǒng)-方位測算器，配合發(fā)光航標箭頭便能實現(xiàn)機器人的全天候運行，當機器人完成了在環(huán)境電子地圖上一點的定位，機器人完全可以按照路徑規(guī)劃盲行一段距離，當接近下一個定位點時，機器人才需要再次用自動追蹤成像系統(tǒng)進行自身定位，由于能夠按行駛速度、方向和時間預(yù)估機器人的大致方位，同再次定位的數(shù)據(jù)進行分析對比，便構(gòu)成了機器人的動態(tài)方位閉環(huán)控制，與仍處于研究狀態(tài)的機器人導(dǎo)航相比，定位精度完全滿足應(yīng)用要求，與現(xiàn)有的環(huán)境特征視覺識別技術(shù)相比，方位辨識與匹配難度將大幅降低。

附圖說明

圖1是本實用新型機器人航標定位導(dǎo)航系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型機器人航標定位導(dǎo)航系統(tǒng)內(nèi)航標的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實用新型機器人航標定位導(dǎo)航系統(tǒng)內(nèi)方位測算器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實用新型機器人航標定位導(dǎo)航系統(tǒng)內(nèi)轉(zhuǎn)臂的裝配圖。

圖中，1.方位測算器，2.航標，3.機器人，4.環(huán)境場所，5.發(fā)光箭頭，6.安裝基板，7.供電器，8.轉(zhuǎn)臂，9.面成像模塊，10.固定齒輪，11.移動驅(qū)動步進電機，12.導(dǎo)桿支撐座a，13.螺旋導(dǎo)桿，14.光導(dǎo)桿，15.旋轉(zhuǎn)驅(qū)動步進電機，16.驅(qū)動齒輪，17.方位測算器殼體，18.聚焦透鏡，19.推桿，20.升降驅(qū)動步進電機，21.支撐座，22.凸輪，23.導(dǎo)桿支撐座b。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本實用新型進行詳細說明。

本實用新型機器人航標定位導(dǎo)航系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括有航標2、機器人3以及方位測算器1，在使用中，航標2設(shè)置于環(huán)境場所4內(nèi)的頂部中央，方位測算器1水平固定設(shè)置于機器人3的頂部，機器人3能在環(huán)境場所4內(nèi)自由行駛。正面

航標2，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括有安裝基板6，安裝基板6正面中央設(shè)有發(fā)光箭頭5，安裝基板6的背面設(shè)置有供電器7，安裝基板6的背面與環(huán)境場所4內(nèi)的頂部中央連接，使安裝基板6的正面面向下。

方位測算器1，如圖3和圖4所示，包括有方位測算器殼體17，方位測算器殼體17的頂壁中央設(shè)置有聚焦透鏡18；在方位測算器殼體17內(nèi)水平設(shè)置有固定齒輪10，固定齒輪10的中央與推桿19的一端垂直連接，該推桿19的另一端從方位測算器殼體17的底部中央伸出與設(shè)置于方位測算器殼體17外的凸輪22組成高副，且該推桿19還與方位測算器殼體17的底部之間形成移動副；凸輪22用軸與升降驅(qū)動步進電機20連接，連接凸輪22與升降驅(qū)動步進電機20的軸支撐于支撐座21上，支撐座21固定于方位測算器殼體17的底部；在方位測算器殼體17內(nèi)靠近固定齒輪10的一側(cè)設(shè)置有驅(qū)動齒輪16，且驅(qū)動齒輪16與固定齒輪10相嚙合，在固定齒輪10和驅(qū)動齒輪16的上方平行的設(shè)置有轉(zhuǎn)臂8，固定齒輪10通過轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)臂8連接構(gòu)成轉(zhuǎn)動副；轉(zhuǎn)臂8上的一端設(shè)置有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動步進電機15，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動步進電機15通過驅(qū)動軸驅(qū)動齒輪16連接，轉(zhuǎn)臂8上的另一端設(shè)置有導(dǎo)桿支撐座a12，轉(zhuǎn)臂8上還設(shè)置有與導(dǎo)桿支撐座a12相對的導(dǎo)桿支撐座b23，在導(dǎo)桿支撐座a12與導(dǎo)桿支撐座b23之間呈左、右且平行連接有螺旋導(dǎo)桿組和光導(dǎo)桿組，光導(dǎo)桿組由兩根光導(dǎo)桿14構(gòu)成，螺旋導(dǎo)桿組由兩根螺旋導(dǎo)桿13構(gòu)成；兩根螺旋導(dǎo)桿13通過驅(qū)動軸與移動驅(qū)動步進電機11連接，移動驅(qū)動步進電機11設(shè)置于轉(zhuǎn)臂8上且靠近導(dǎo)桿支撐座b23處；面成像模塊9設(shè)置于兩根光導(dǎo)桿14或兩根螺旋導(dǎo)桿13上；若面成像模塊9設(shè)置于兩根光導(dǎo)桿14上，面成像模塊9能與兩根光導(dǎo)桿14組成移動副；若面成像模塊9設(shè)置于兩根螺旋導(dǎo)桿13上，面成像模塊9能與兩根螺旋導(dǎo)桿13組成螺旋副。

本實用新型機器人航標定位導(dǎo)航系統(tǒng)的工作原理具體如下：

凸輪22與推桿19組合后可以控制面成像模塊9的升降調(diào)焦；轉(zhuǎn)臂8、驅(qū)動齒輪16和固定齒輪10組合可控制面成像模塊9的旋轉(zhuǎn)運動；轉(zhuǎn)臂8、光導(dǎo)桿14和螺旋導(dǎo)桿13組合可控制面成像模塊9的徑向移動；用航標2相對于聚焦透鏡18在面成像模塊9上產(chǎn)生的像，按相互間的幾何關(guān)系便能測算出機器人3在環(huán)境場所4中的具體方向和位置。

本實用新型機器人航標定位導(dǎo)航系統(tǒng)，用航標箭頭為機器人3提供全局坐標，用自動追蹤成像得到機器人在環(huán)境電子地圖中的方位，經(jīng)路徑規(guī)劃實現(xiàn)機器人3在復(fù)雜環(huán)境中的自動導(dǎo)航。