本發(fā)明涉及機(jī)器人領(lǐng)域，尤其涉及一種室內(nèi)機(jī)器人歸位導(dǎo)航方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，室內(nèi)機(jī)器人的要進(jìn)行精確定位方法一般采用UWB(Ultra-WideBand，超寬頻)或TOF(Time of Flight，飛行時(shí)間)建圖方法。
這兩種方法雖然定位精度較高，但前者需要對(duì)目標(biāo)區(qū)域安裝基站信號(hào)發(fā)射器，并且需要目標(biāo)區(qū)域的地圖；后者利用激光掃描的方式進(jìn)行拼接建圖，對(duì)CPU的性能要求非常高。這兩種方式的成本都比較高，動(dòng)輒上千以上的成本，對(duì)于不需要這么高精度定位要求的應(yīng)用場合來說十分浪費(fèi)。
目前室內(nèi)機(jī)器人的自動(dòng)歸位充電是利用充電樁的紅外光線進(jìn)行對(duì)位，紅外本身衰減特性，基本不能穿透物體，除非是玻璃，而反射衰減特性也比較差，稍遠(yuǎn)距離就會(huì)被衰減到非常弱，如果機(jī)器人和充電樁在同一個(gè)房間內(nèi)，自動(dòng)歸位充電成功可能性非常大，因?yàn)闄C(jī)器人和充電樁之間被遮擋的可能性比較低，即使被遮擋，機(jī)器人的路徑回退也誤差比較小，但是如果不在同一個(gè)房間，則很難找到，因?yàn)槁窂交赝说睦塾?jì)誤差，可能室內(nèi)機(jī)器人電耗完也沒有回退會(huì)至充電樁所在的房間。
因此，當(dāng)前技術(shù)難以采用較低成本實(shí)現(xiàn)室內(nèi)機(jī)器人在多個(gè)房間情況下的準(zhǔn)確定位。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種方式，能夠在成本較低的情況下實(shí)現(xiàn)室內(nèi)機(jī)器人在多房間的復(fù)雜情況中順利歸位。
一種室內(nèi)機(jī)器人歸位導(dǎo)航方法，用于室內(nèi)機(jī)器人歸位至充電樁，包括：
充電樁發(fā)送周期性的聲音信號(hào)；
室內(nèi)機(jī)器人原地轉(zhuǎn)動(dòng)并比較所接收到的聲音信號(hào)的音量大小，并將音量最大的方向作為聲音信號(hào)的來源方向，并朝來源方向移動(dòng)歸位。
進(jìn)一步而言，所述充電樁朝單一方向發(fā)送周期性的聲音信號(hào)。
進(jìn)一步而言，室內(nèi)機(jī)器人設(shè)有一個(gè)聲音信號(hào)接收裝置，室內(nèi)機(jī)器人朝聲音信號(hào)的來源方向移動(dòng)的方法為：
通過原地旋轉(zhuǎn)360度獲得最大音量的方向并進(jìn)行音量值記錄；
朝最大音量方向移動(dòng)，其中每移動(dòng)預(yù)設(shè)距離均將接收到的聲音信號(hào)音量值與上一次的音量值進(jìn)行對(duì)比：如果比上一次記錄的音量值大，則將新獲取的音量值用于更新記錄，并繼續(xù)前進(jìn)；否則，重新原地旋轉(zhuǎn)360度以獲得最大音量的方向前進(jìn)并更新音量值。
進(jìn)一步而言，室內(nèi)機(jī)器人設(shè)有兩個(gè)安裝于相反方向的聲音信號(hào)接收裝置，室內(nèi)機(jī)器人朝聲音信號(hào)來源方向移動(dòng)的方法包括：
原地旋轉(zhuǎn)找到使兩個(gè)聲音信號(hào)接收裝置接收到的聲音信號(hào)音量一致方向，記錄該方向上的音量值并朝該方向移動(dòng)一端預(yù)設(shè)距離；
判斷接收到的聲音信號(hào)音量值與記錄值相比是否增強(qiáng)：如果是，則將該方向作為聲音信號(hào)的來源方向繼續(xù)前進(jìn)；否則，將旋轉(zhuǎn)180度后的方向作為聲音信號(hào)的來源方向繼續(xù)前進(jìn)。
進(jìn)一步而言，室內(nèi)機(jī)器人設(shè)有三個(gè)均勻分布的聲音信號(hào)裝置，室內(nèi)機(jī)器人朝聲音信號(hào)來源方向移動(dòng)的方法包括：
原地旋轉(zhuǎn)以找到使其中兩個(gè)聲音信號(hào)接收裝置接收到的聲音信號(hào)音量一致的情況下第三個(gè)聲音信號(hào)接收裝置接收音量最大的方向，朝該音量最大的方向移動(dòng)。
進(jìn)一步而言，室內(nèi)機(jī)器人設(shè)有兩個(gè)安裝于相反方向的第一聲音信號(hào)接收裝置，以及與第一聲音信號(hào)接收裝置相垂直且方向相反的兩個(gè)第二聲音信號(hào)接收裝置，室內(nèi)機(jī)器人朝聲音信號(hào)來源方向移動(dòng)的方法包括：
原地旋轉(zhuǎn)以找到使兩個(gè)第一聲音信號(hào)接收裝置接收到的聲音信號(hào)音量一致的方向，并比較兩個(gè)第二聲音信號(hào)接收裝置接收到的聲音信號(hào)音量大小，選取音量較大的方向移動(dòng)。
進(jìn)一步而言，還包括在室內(nèi)機(jī)器人朝聲音信號(hào)來源方向移動(dòng)時(shí)定期判斷是否檢測到定位樁發(fā)射的紅外信號(hào)，當(dāng)檢測到紅外信號(hào)時(shí)改為利用紅外信號(hào)歸位至充電樁。
進(jìn)一步而言，所述充電樁具有向多個(gè)方向發(fā)送周期性聲音信號(hào)的音源，室內(nèi)機(jī)器人先比較向各方向發(fā)送聲音信號(hào)的音量大小選定其中方向最接近的音源，再將移動(dòng)歸位的方向調(diào)整至朝向該音源的聲音來源方向。
進(jìn)一步而言，室內(nèi)機(jī)器人比較向各方向發(fā)送聲音信號(hào)的音量大小選定其中方向最接近的音源的方法包括：
與充電樁進(jìn)行無線連接；
向充電樁發(fā)送指令，逐個(gè)開啟充電樁的各個(gè)方向的音源并記錄音量值；
選定其中一個(gè)音量值最大的聲音信號(hào)作為音源。
進(jìn)一步而言，所述聲音信號(hào)為超聲波信號(hào)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，利用超聲波信號(hào)等聲音信號(hào)收發(fā)裝置進(jìn)行定位，信號(hào)頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)，可在具有多個(gè)方向的情況下使室內(nèi)機(jī)器人能夠準(zhǔn)確定位到充電樁以順利歸位且保證了成本較低；采用單個(gè)方向的聲音信號(hào)具有成本低，方法簡單，處理起來較快速的優(yōu)點(diǎn)；采用多個(gè)聲音信號(hào)接收裝置可以達(dá)到迅速定位音源的目的，從而保證及時(shí)歸位進(jìn)行充電；采用多個(gè)音源可以避免單個(gè)音源由于反射及折射所造成的能量衰減從而接收不到穩(wěn)定的聲音信號(hào)。
附圖說明
圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例的方法流程示意圖。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明更加清楚明了，現(xiàn)在結(jié)合附圖和實(shí)施例加以詳細(xì)的解釋說明。
為避免不同房間遮擋而找不到紅外信號(hào)的情況，可在充電樁上發(fā)射聲音信號(hào)作為補(bǔ)充和區(qū)域定位，例如超聲波信號(hào)，超聲波類似人聲，可被物體反射，而且衰減遠(yuǎn)比紅外小得多。人類能在一個(gè)房間清楚知道一個(gè)聲源在另外一個(gè)房間，是因?yàn)槁曇舻竭_(dá)兩個(gè)耳朵的時(shí)間和響度不同，利用此原理即可清楚知道音源的大概位置。
聲音信號(hào)也可采用人耳可分辨的聲音信號(hào)，但容易受到周圍環(huán)境干擾，也容易產(chǎn)生噪音污染。本發(fā)明第一實(shí)施例的室內(nèi)機(jī)器人歸位導(dǎo)航方法采用超聲波信號(hào)作為聲音信號(hào)進(jìn)行發(fā)送，且音源為標(biāo)準(zhǔn)的30kHZ音源，朝單一方向上發(fā)送聲音信號(hào)，當(dāng)前實(shí)施例的室內(nèi)機(jī)器人所采用的聲音信號(hào)接收裝置為超聲波麥克風(fēng)(MIC)，當(dāng)前實(shí)施例的方法包括：
充電樁發(fā)送周期性的聲音信號(hào)；
室內(nèi)機(jī)器人原地轉(zhuǎn)動(dòng)并比較所接收到的聲音信號(hào)的音量大小，并將音量最大的方向作為聲音信號(hào)的來源方向，并朝來源方向移動(dòng)歸位；
在室內(nèi)機(jī)器人朝聲音信號(hào)來源方向移動(dòng)時(shí)定期判斷是否檢測到定位樁發(fā)射的紅外信號(hào)，當(dāng)檢測到紅外信號(hào)時(shí)改為利用紅外信號(hào)歸位至充電樁。
音源定位方利用到達(dá)兩個(gè)MIC的響度和時(shí)間不一樣來計(jì)算，可只利用裝載在機(jī)器人兩邊對(duì)稱位置的兩個(gè)超聲波MIC接收到聲音信號(hào)的音量不一樣來區(qū)分，如果兩個(gè)MIC的音量一致，則可認(rèn)為聲源在機(jī)器人的正前或者正后方，可朝此方向移動(dòng)來判斷下一步。當(dāng)前實(shí)施例中，當(dāng)室內(nèi)機(jī)器人依靠聲音信號(hào)移動(dòng)返回到紅外信號(hào)接收范圍內(nèi)時(shí)切換回采用紅外信號(hào)進(jìn)行后續(xù)的歸位。這樣一旦到達(dá)紅外信號(hào)收發(fā)范圍內(nèi)時(shí)，就可以采用現(xiàn)有技術(shù)比較成熟的紅外信號(hào)定位方式進(jìn)行余下的處理，這種方式使得室內(nèi)機(jī)器人歸位更加靈活，視所處在的位置而定，能夠保障室內(nèi)機(jī)器人的順利歸位。其他實(shí)現(xiàn)方式里，也可全程采用聲音信號(hào)進(jìn)行歸位。
在當(dāng)前實(shí)施例中，充電樁朝單一方向發(fā)送周期性的聲音信號(hào)，且當(dāng)前實(shí)施例的室內(nèi)機(jī)器人設(shè)有兩個(gè)安裝于相反方向的聲音信號(hào)接收裝置，室內(nèi)機(jī)器人朝聲音信號(hào)來源方向移動(dòng)的方法參考圖1，具體包括：
原地旋轉(zhuǎn)找到使兩個(gè)聲音信號(hào)接收裝置接收到的聲音信號(hào)音量一致方向，記錄該方向上的音量值并朝該方向移動(dòng)一端預(yù)設(shè)距離；
判斷接收到的聲音信號(hào)音量值與記錄值相比是否增強(qiáng)：如果是，則將該方向作為聲音信號(hào)的來源方向繼續(xù)前進(jìn)；否則，將旋轉(zhuǎn)180度后的方向作為聲音信號(hào)的來源方向繼續(xù)前進(jìn)。
在其他情形中，室內(nèi)機(jī)器人的聲音信號(hào)接收裝置的個(gè)數(shù)可以是一個(gè)或多個(gè)，相應(yīng)地，室內(nèi)機(jī)器人聲音信號(hào)來源方向的確定根據(jù)聲音信號(hào)接收裝置的個(gè)數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。
在室內(nèi)機(jī)器人設(shè)有一個(gè)聲音信號(hào)接收裝置的情況下，室內(nèi)機(jī)器人朝聲音信號(hào)的來源方向移動(dòng)的方法為：
通過原地旋轉(zhuǎn)360度獲得最大音量的方向并進(jìn)行音量值記錄；
朝最大音量方向移動(dòng)，其中每移動(dòng)預(yù)設(shè)距離均將接收到的聲音信號(hào)音量值與上一次的音量值進(jìn)行對(duì)比：如果比上一次記錄的音量值大，則將新獲取的音量值用于更新記錄，并繼續(xù)前進(jìn)；否則，重新原地旋轉(zhuǎn)360度以獲得最大音量的方向前進(jìn)并更新音量值。
這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于，相比較兩個(gè)聲音信號(hào)接收裝置，成本上會(huì)更低，缺點(diǎn)在于單個(gè)聲音信號(hào)接收裝置可能在定位上精度上有所降低，導(dǎo)致歸位過程中增加一定的耗電量。
室內(nèi)機(jī)器人設(shè)有三個(gè)均勻分布的聲音信號(hào)接收裝置的情況下，室內(nèi)機(jī)器人朝聲音信號(hào)來源方向移動(dòng)的方法包括：
原地旋轉(zhuǎn)以找到使其中兩個(gè)聲音信號(hào)接收裝置接收到的聲音信號(hào)音量一致的情況下第三個(gè)聲音信號(hào)接收裝置接收音量最大的方向，朝該音量最大的方向移動(dòng)。
采用三個(gè)聲音信號(hào)接收裝置時(shí)，室內(nèi)機(jī)器人可以不需要旋轉(zhuǎn)360度，可以在兩個(gè)聲音信號(hào)接收裝置接收到音量一致的情況下記錄該第一音量值，并記錄第三個(gè)聲音信號(hào)接收裝置的第二音量值，在之后旋轉(zhuǎn)時(shí)，任意兩個(gè)聲音信號(hào)接收裝置的音量值符合所記錄的第一音量值且第三個(gè)聲音信號(hào)接收裝置接收到的音量最大時(shí)就可以得到需要移動(dòng)的方向了。
室內(nèi)機(jī)器人設(shè)有四個(gè)聲音信號(hào)接收裝置設(shè)有兩個(gè)安裝于相反方向的第一聲音信號(hào)接收裝置，以及與第一聲音信號(hào)接收裝置相垂直且方向相反的兩個(gè)第二聲音信號(hào)接收裝置，室內(nèi)機(jī)器人朝聲音信號(hào)來源方向移動(dòng)的方法包括：
原地旋轉(zhuǎn)以找到使兩個(gè)第一聲音信號(hào)接收裝置接收到的聲音信號(hào)音量一致的方向，并比較兩個(gè)第二聲音信號(hào)接收裝置接收到的聲音信號(hào)音量大小，選取音量較大的方向移動(dòng)。
四個(gè)或更多個(gè)聲音信號(hào)接收裝置使得原地旋轉(zhuǎn)的角度更小，也能夠增加定位的準(zhǔn)確度，只要滿足兩側(cè)的聲音信號(hào)音量一致，通過比較前后的音量大小即可知道哪個(gè)方向?qū)儆谝粼捶较?。?dāng)然多個(gè)聲音信號(hào)接收裝置也會(huì)導(dǎo)致成本有所增加的問題。因此，具體的實(shí)現(xiàn)可根據(jù)成本和定位準(zhǔn)確度及速度之間的平衡進(jìn)行選擇。
另外，對(duì)于房間布局復(fù)雜的情況，單音源定位可能也不能達(dá)到非常好的區(qū)分度，這樣可在充電樁加入各不同方向的超聲喇叭，也是周期性的發(fā)射信號(hào)，這樣至少有一個(gè)音源的到達(dá)MIC中間的路徑是最短的，衰減也是最小的。為節(jié)省時(shí)間也可以先用無線通信家里連接，雙方互通來溝通來計(jì)算開啟哪個(gè)喇叭的音源是最有效的。
本發(fā)明第二實(shí)施例的充電樁具有向多個(gè)方向發(fā)送周期性聲音信號(hào)的音源，室內(nèi)機(jī)器人先比較向各方向發(fā)送聲音信號(hào)的音量大小選定其中方向最接近的音源，再將移動(dòng)歸位的方向調(diào)整至朝向該音源的聲音來源方向。無線通信方式包括多種，例如常見的Wi-Fi連接或藍(lán)牙連接等等。第二個(gè)實(shí)施例中，室內(nèi)機(jī)器人比較向各方向發(fā)送聲音信號(hào)的音量大小選定其中方向最接近的音源的方法包括：
與充電樁進(jìn)行無線連接；
向充電樁發(fā)送指令，逐個(gè)開啟充電樁的各個(gè)方向的音源并記錄音量值；
選定其中一個(gè)音量值最大的聲音信號(hào)作為音源。
第二實(shí)施例中室內(nèi)機(jī)器人采用第一實(shí)施例的聲音信號(hào)裝置設(shè)定方式。在選定音源后，后續(xù)朝音源方向移動(dòng)的方法與第一實(shí)施例相同，也可以采用一個(gè)或多個(gè)聲音信號(hào)接收裝置的設(shè)定及相應(yīng)處理。
這樣做主要是為了機(jī)器人和充電樁之間有多個(gè)障礙物遮擋使得聲音衍射，發(fā)射疊加后而導(dǎo)致各個(gè)方向檢測響度差別不大的情況，理論上如果響度越大，中間的障礙物會(huì)越少；如果機(jī)器人行進(jìn)一段距離后檢測區(qū)分度不是很明顯，可以重復(fù)以上步驟，來達(dá)到開啟最大區(qū)分度音源的目的。
另外，在采用多個(gè)音源時(shí)，也可以不需要室內(nèi)機(jī)器人通過無線連接選擇的方式來主動(dòng)關(guān)閉音源，而采用其他方式將選定的音源與其他的音源區(qū)分開來。可以將三個(gè)超聲波喇叭按照固定的時(shí)間間隔進(jìn)行分時(shí)發(fā)送，例如有三個(gè)超聲喇叭A、B以及C，A喇叭線發(fā)射固定時(shí)長的信號(hào)，然后間隔一定時(shí)間后再關(guān)閉A開啟B發(fā)射固定時(shí)長信號(hào)，同理到C，其中間隔時(shí)間可以為機(jī)器人處理信號(hào)的最大時(shí)間+信號(hào)在空氣中的最大可能傳輸時(shí)間，這樣就不會(huì)導(dǎo)致聲音的疊加，A B C發(fā)射的固定時(shí)長可以不同，室內(nèi)機(jī)器人可以分辨出是哪個(gè)音源在發(fā)射。當(dāng)然這種方式會(huì)隨著喇叭數(shù)量的增加而導(dǎo)致機(jī)器人檢測的時(shí)間拉長，如果想縮短時(shí)間，也可以對(duì)不同的喇叭音源的聲音信號(hào)進(jìn)行編碼，例如不同音頻的超聲波信號(hào)采用載波加上帶有不同信息的數(shù)據(jù)信號(hào)方式，這樣室內(nèi)機(jī)器人即可根據(jù)解碼出來的信號(hào)來區(qū)分音源，以朝向選定的音源前進(jìn)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，利用超聲波信號(hào)等聲音信號(hào)收發(fā)裝置進(jìn)行定位，信號(hào)頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)，可在具有多個(gè)方向的情況下使室內(nèi)機(jī)器人能夠準(zhǔn)確定位到充電樁以順利歸位且保證了成本較低；采用單個(gè)方向的聲音信號(hào)具有成本低，方法簡單，處理起來較快速的優(yōu)點(diǎn)；采用多個(gè)聲音信號(hào)接收裝置可以達(dá)到迅速定位音源的目的，從而保證及時(shí)歸位進(jìn)行充電；采用多個(gè)音源可以避免單個(gè)音源由于反射及折射所造成的能量衰減從而接收不到穩(wěn)定的聲音信號(hào)。