專利名稱：一種用于自主移動設(shè)備的定位導(dǎo)航系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及定位導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種用于自主移動設(shè)備的定位導(dǎo)航系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
自動化、智能化的自主移動設(shè)備比如機器人，在移動的過程中需要自主定位、導(dǎo)航。目前常見的導(dǎo)航方式有循線導(dǎo)航，即通過在地面設(shè)置導(dǎo)引線，通過光、磁、電場等方式的傳感器來感應(yīng)引導(dǎo)線而實現(xiàn)導(dǎo)航，缺點是使用這種技術(shù)的設(shè)備只能沿著線走，缺少靈活性； 另外一種導(dǎo)航方式是慣性導(dǎo)航，通過陀螺儀和電子羅盤來實現(xiàn)導(dǎo)航，缺點是存在誤差累積； 還有一種導(dǎo)航方式是通過圖像識別、圖像匹配導(dǎo)航，此種方式對圖像處理的器件和程序要求高，而且成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服循線導(dǎo)航不靈活、慣性導(dǎo)航誤差累積、圖像識別導(dǎo)航成本高的缺點，而提供一種靈活、工作效率高、成本低的用于自主移動設(shè)備的定位導(dǎo)航系統(tǒng)及方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種用于自主移動設(shè)備的定位導(dǎo)航系統(tǒng)，包括光信號發(fā)射裝置、接收光信號發(fā)射裝置發(fā)射信號的光信號接收裝置，其特征在于
所述光信號發(fā)射裝置設(shè)為3個或3個以上；
所述的光信號接收裝置包括濾光罩，將進入濾光罩的光信號向下反射的圓錐形全方位反射鏡，設(shè)置在所述圓錐形全方位反射鏡下方的凸透鏡，接收光信號的感光陣列傳感器及處理信號的電路板，所述感光陣列傳感器及電路板設(shè)置在凸透鏡的下方，所述圓錐形全方位反射鏡及凸透鏡設(shè)在濾光罩的內(nèi)部。所述濾光罩可以濾掉不需要的雜亂光線，但允許所述的光信號發(fā)射裝置發(fā)射的光信號通過。所述濾光罩上設(shè)有環(huán)形濾光片，可以360度接收周圍的光信號。所述的光信號發(fā)射裝置包括殼體、控制光信號發(fā)射裝置運行的開關(guān)、電池倉、發(fā)射燈和用于驅(qū)動所述發(fā)射燈的發(fā)射電路板，所述電池倉設(shè)置在殼體內(nèi)部，所述開關(guān)設(shè)置在殼體的外壁，控制發(fā)射裝置的開啟、關(guān)閉和調(diào)節(jié)發(fā)射功率的大小。所述圓錐形全方位反射鏡與所述凸透鏡水平放置，圓錐形全方位反射鏡的頂點垂直向下，所述圓錐形全方位反射鏡頂點、凸透鏡的圓心及感光陣列傳感器的幾何中心在豎直方向上重合。所述圓錐形全方位反射鏡的頂點水平高度不高于所述環(huán)形濾光片的下緣高度。一種用于自主移動設(shè)備的定位導(dǎo)航系統(tǒng)的定位導(dǎo)航方法，其特征在于，包括以下步驟1 )、建立一個包括3個或3個以上光信號發(fā)射裝置的光信號發(fā)射裝置組，將光信號發(fā)射裝置分開布置，確定每個光信號發(fā)射裝置的位置，測定出其相互之間的距離，組成一個確定的坐標(biāo)系；
2)、將光信號接收裝置安裝在自主移動設(shè)備上，接收來自上述光信號發(fā)射裝置發(fā)射的光信號；
3)、開啟光信號發(fā)射裝置，并調(diào)節(jié)發(fā)射功率的大小；
4)、圓錐形全方位反射鏡將通過濾光罩的光線反射至錐尖方向，所述凸透鏡將反射過來的光線聚焦投影到下方的感光陣列傳感器上，電路板將感光陣列傳感器的接收到的信號處理并輸出，自主移動設(shè)備上的控制系統(tǒng)讀取該輸出信號并計算得出自身的位置參數(shù)。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是根據(jù)平面上多個參照點的相對角度來實現(xiàn)定位，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，數(shù)據(jù)精確，由于能同時接收周圍360°的光線，所以處理速度快，由于沒有旋轉(zhuǎn)零件，所以可靠性高，在覆蓋范圍內(nèi)移動設(shè)備可以自由活動并定位導(dǎo)航。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)組成示意圖； 圖2為本發(fā)明的光信號發(fā)射裝置示意圖； 圖3為本發(fā)明的光信號接收裝置示意圖4為本發(fā)明的光信號接收裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為本發(fā)明的光信號接收裝置工作原理示意圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的技術(shù)方案及技術(shù)目的更易于理解，下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細(xì)描述。如圖1所示，一種用于自主移動設(shè)備的定位導(dǎo)航系統(tǒng)，它包括3個光信號發(fā)射裝置 10和1個光信號接收裝置20。光信號發(fā)射裝置10分開布置，并且位置確定，距離已知，則可以組成一個確定的坐標(biāo)系。光信號接收裝置20安裝在自主移動設(shè)備上，接收來自這3個光信號發(fā)射裝置10發(fā)射的光信號。光信號接收裝置20可以測得3個光信號發(fā)射裝置10 的相對方位角，由于3個光信號發(fā)射裝置10的位置距離是已知的，根據(jù)此位置距離和所測得的3個相對方位角就可以算出光信號接收裝置20的位置坐標(biāo)，也就是自主移動設(shè)備的位置坐標(biāo)。如圖2所示，光信號發(fā)射裝置10由殼體11、開關(guān)12、發(fā)射窗口 13以及安裝于殼體 11內(nèi)的電池倉、發(fā)射電路板、安裝于發(fā)射窗口 13內(nèi)的發(fā)射燈組成。發(fā)射電路板用于驅(qū)動發(fā)射燈，開關(guān)12設(shè)置在殼體11外壁，用于開啟、關(guān)閉光信號發(fā)射裝置10，并調(diào)節(jié)發(fā)射功率大小。如圖3、圖4所示，光信號接收裝置20由濾光罩21、環(huán)形濾光片22、圓錐形全方位反射鏡23、透鏡對、感光陣列傳感器25、電路板沈組成。濾光罩21上有環(huán)形的濾光片22， 能過濾掉不需要的雜亂光線，但允許光信號發(fā)射裝置10發(fā)射的光信號通過。所述圓錐形全方位反射鏡23、凸透鏡M、感光陣列傳感器25及電路板沈由上至下依次設(shè)置，所述圓錐形全方位反射鏡23及凸透鏡M水平設(shè)置在濾光罩21的內(nèi)部。如圖5所示，圓錐形全方位反射鏡23將通過濾光罩21的光線反射至錐尖方向，凸透鏡M將圓錐形全方位反射鏡23反射過來的光線聚焦投影到下方的感光陣列傳感器25上，電路板沈?qū)⒏泄怅嚵袀鞲衅?5的信號處理并輸出。自主移動設(shè)備上的控制系統(tǒng)可讀取該信號并計算得出自身的位置參數(shù)。 光信號接收裝置20接收光線、濾光、反射、聚焦投影的過程如圖5所示。在具體實施中，光信號發(fā)射裝置10的數(shù)量至少為3個，光信號接收裝置20可以是 1個也可以是多個，意即本系統(tǒng)可以給1臺自主移動設(shè)備定位導(dǎo)航，也可以給多臺自主移動設(shè)備同時定位導(dǎo)航。以上已以較佳實施例公開了本發(fā)明，然其并非用以限制本發(fā)明，凡采用等同替換或者等效變換方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于自主移動設(shè)備的定位導(dǎo)航系統(tǒng)，包括光信號發(fā)射裝置(10)、接收光信號發(fā)射裝置(10 )發(fā)射信號的光信號接收裝置(20 )，其特征在于所述光信號發(fā)射裝置(10)設(shè)為3個或3個以上；所述的光信號接收裝置(20)包括濾光罩(21)，將進入濾光罩(21)的光信號向下反射的圓錐形全方位反射鏡(23)，設(shè)置在所述圓錐形全方位反射鏡(23)下方的凸透鏡(24)，接收光信號的感光陣列傳感器(25)及處理信號的電路板(26)，所述感光陣列傳感器(25)及電路板(26)設(shè)置在凸透鏡(24)的下方，所述圓錐形全方位反射鏡(23)及凸透鏡(24)設(shè)在濾光罩(21)的內(nèi)部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于自主移動設(shè)備的定位導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于所述的濾光罩(21)上設(shè)有環(huán)形濾光片(22)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于自主移動設(shè)備的定位導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于 所述的光信號發(fā)射裝置(10)包括殼體(11)、控制光信號發(fā)射裝置(10)運行狀態(tài)的開關(guān) (12)、電池倉、發(fā)射燈和用于驅(qū)動所述發(fā)射燈的發(fā)射電路板，所述電池倉設(shè)置在殼體(11)內(nèi)部，所述開關(guān)(12 )設(shè)置在殼體(11)的外壁上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于自主移動設(shè)備的定位導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于所述圓錐形全方位反射鏡(23)與所述凸透鏡(24)水平放置，圓錐形全方位反射鏡(23)的頂點垂直向下，所述圓錐形全方位反射鏡(23)頂點、凸透鏡(24)的圓心及感光陣列傳感器(25) 的幾何中心在豎直方向上重合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于自主移動設(shè)備的定位導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于所述圓錐形全方位反射鏡(23)頂點的水平高度不高于所述環(huán)形濾光片(22)的下緣高度。
6.一種用于自主移動設(shè)備的定位導(dǎo)航系統(tǒng)的定位導(dǎo)航方法，其特征在于，包括以下步驟1)、建立一個包括3個或3個以上光信號發(fā)射裝置(10)的光信號發(fā)射裝置組，將光信號發(fā)射裝置(10)分開布置，確定每個光信號發(fā)射裝置(10)的位置，測定出其相互之間的距離，組成一個確定的坐標(biāo)系；2)、將光信號接收裝置(20)安裝在自主移動設(shè)備上，接收來自上述光信號發(fā)射裝置 (10)發(fā)射的光信號；3)、開啟光信號發(fā)射裝置(10)，并調(diào)節(jié)發(fā)射功率的大?。?)、圓錐形全方位反射鏡(23)將通過濾光罩(21)的光信號反射至錐尖方向，凸透鏡 (24)將反射過來的光線聚焦投影到下方的感光陣列傳感器(25)上，電路板(26)將感光陣列傳感器(25)的接收到的信號處理并輸出，自主移動設(shè)備上的控制系統(tǒng)讀取該輸出信號并計算得出自身的位置參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于自主移動設(shè)備的定位導(dǎo)航系統(tǒng)及方法，包括光信號發(fā)射裝置、光信號接收裝置。光信號發(fā)射裝置分開布置，位置確定，應(yīng)用時最少使用3個光信號發(fā)射裝置，在移動設(shè)備上安裝一套光信號接收裝置，用來接收光信號發(fā)射裝置所發(fā)射的光信號，通過光信號源相對移動設(shè)備的方位角來計算此移動設(shè)備的位置。此定位導(dǎo)航系統(tǒng)成本低，易于實現(xiàn)，可以克服目前自主移動設(shè)備比如機器人的定位導(dǎo)航系統(tǒng)精確度不高、成本高的缺陷。
文檔編號G01C21/26GK102207543SQ20111006398
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者吳季泳, 袁榮炎, 郭銳, 陽巍 申請人:昆山塔米機器人有限公司