一種室內智能機器人精確位置感知系統(tǒng)及其感知方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及室內智能機器人領域，特別涉及一種室內智能機器人精確位置感知系 統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 室內機器人需要感知自身位置，從而為其路線規(guī)劃提供支持，一般的家用掃地機 通過發(fā)射式紅外測距傳感器實現位置感知，但是這種位置傳感器測距范圍小，無法實現大 范圍的測距；同時，由于采用外部障礙物的反射，不同反射角度的將無法確保每次正確獲得 數據；換言之，測距的不確定性較大，從而影響了導航算法的穩(wěn)定工作；另外，也有采用視 覺識別定位，但視覺定位對處理器能力提出比較高的要求，增加了成本；同時，在環(huán)境沒有 明顯標志物的情況下，效果不佳（例如，在一個圓形的空的房間內，無法正常工作）。

【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種可以在比較遠的距離上感知自身姿態(tài)，包括 距離和方位角的一種室內智能機器人精確位置感知系統(tǒng)。
[0004] 為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案如下：
[0005] 室內智能機器人精確位置感知系統(tǒng)；包括
[0006] -發(fā)射裝置，所述發(fā)射裝置由發(fā)射端旋轉機械結構和控制發(fā)射端旋轉機械結構工 作以及產生紅外信號相關的發(fā)射端電子處理單元組成；
[0007] 所述發(fā)射端旋轉機械結構包括精密減速步進馬達、圓盤、擋板、槽形光耦以及導光 器件，所述圓盤固定在精密減速步進馬達上，所述導光器件設置在圓盤上表面上；所述擋板 的一端和圓盤連接在一起，所述擋板的另一端置于槽形光耦的U型槽內，每轉一周，槽形光 耦被遮擋一次；
[0008] 所述發(fā)射端電子處理單元包括
[0009] -發(fā)射端精密減速步進馬達控制器單元，所述發(fā)射端精密減速步進馬達控制器單 元用與對精密減速步進馬達進行驅動；
[0010] 一發(fā)射端初始位置檢測單元，所述發(fā)射端初始位置檢測單元每轉一圈收到一個脈 沖，用于定期對紅外發(fā)射端的自身角度進行修正；防止步進馬達失步引起的誤差；
[0011] 一發(fā)射端紅外單元；所述發(fā)射端紅外單元輸出調制紅外信號，以及控制兩束紅外 線交替工作；
[0012] -發(fā)射端無線收發(fā)通信單元，所述發(fā)射端無線收發(fā)通信單元用于將參數傳遞到接 收裝置；
[0013] 以及發(fā)射端中央處理器單元；所述發(fā)射端中央處理單元處理發(fā)射端所有的機械控 制，初始位置檢測以及信號處理；
[0014] 一接收裝置，所述接收裝置為安裝在機器人頂上的旋轉紅外信標接收裝置，且隨 機器人移動；所述接收裝置由接收端旋轉機械結構和控制接收端旋轉機械結構工作以及 PSD器件信號處理和姿態(tài)計算的接收端電子處理單元組成；
[0015] 所述接收端旋轉機械結構包括精密減速步進馬達、圓盤、擋板、槽形光耦以及PSD 器件，所述圓盤固定在精密減速步進馬達上，所述PSD器件設置在圓盤上表面上；所述擋板 的一端和圓盤連接在一起，所述擋板的另一端置于槽形光耦的U型槽內，每轉一周，槽形光 耦被遮擋一次；
[0016] 所述接收端電子處理單元包括
[0017] -接收端精密減速步進馬達控制器單元，所述接收端精密減速步進馬達控制器單 元用與對精密減速步進馬達進行驅動；
[0018] -接收端初始位置檢測單元，所述接收端初始位置檢測單元每轉一圈收到一個脈 沖，這里是將機器人作為參考對象，認為相對靜止，此單元是用來確定開始時候PSD器件和 接收端之間的夾角；
[0019] - PSD光斑檢測單元，通過放大器獲得電壓數據，檢測當前的光斑位置，并去除各 種誤差；
[0020] -接收端無線收發(fā)通信單元，所述接收端無線收發(fā)通信單元用于接收發(fā)射端過來 的信息包，以獲取發(fā)射端的角度參數，并和發(fā)射端交互通信，間接影響發(fā)射端的精密減速步 進馬達工作方式；
[0021] 以及接收端中央處理器單元，用于對上述信息進行處理并輸出結果。
[0022] 在本發(fā)明的一個實施例中，所述導光器件的內部對稱設有兩個矩形空心腔，所述 每個矩形空心腔的端部引出一與外界接通的導光孔，所述矩形空心腔內用于放置紅外發(fā)射 管。
[0023] 在本發(fā)明的一個實施例中，所述槽形光耦上設有發(fā)射和接收對管，用于形成一次 脈沖。
[0024] 室內智能機器人精確位置感知方法，所述位置感知方法的步驟如下：
[0025] (1)先對發(fā)射裝置和接收裝置的高度進行調整，并使得調整后發(fā)射裝置發(fā)射的紅 外線可在接收裝置PSD器件上形成光斑；
[0026] (2)對發(fā)射裝置和接收裝置進行初始化設定，包括發(fā)射裝置初始角度以及接收裝 置初始方位的設定；
[0027] (3)發(fā)射裝置和接收裝置均自行自轉，當接收裝置的PSD器件上形成光斑時，接收 裝置通過計算來調整的精密減速步進馬達和接收裝置的精密減速步進馬達的速度，當兩個 光斑中心對稱于PSD中心時，停止收發(fā)雙方馬達的旋轉，計算光斑位置，根據光斑位置應用 本發(fā)明給出的算法算出最終姿態(tài)數據。
[0028] 通過上述技術方案，本發(fā)明的有益效果是：
[0029] 本發(fā)明機器人可以提供精確定位，且機器人可以在比較遠的距離上感知自身姿 態(tài)，包括距離和方位角。
【附圖說明】
[0030] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0031] 圖1為本發(fā)明發(fā)射裝置和接收裝置的工作原理圖；
[0032] 圖2為本發(fā)明發(fā)射端旋轉機械結構的結構圖；
[0033] 圖3為本發(fā)明導光器件的結構圖；
[0034] 圖4為本發(fā)明接收端旋轉機械結構的結構圖；
[0035] 圖5為本發(fā)明發(fā)射端電子處理單元模塊圖；
[0036] 圖6為本發(fā)明接收端電子處理單元模塊圖；
[0037] 圖7為發(fā)射裝置和接收裝置角速度差與紅外光斑在PSD上形成所需要的時間圖；
[0038] 圖中數字和字母所表示的相應部件名稱：
[0039] 100、發(fā)射裝置110、精密減速步進馬達111、圓盤112、擋板113、槽形光耦114、 導光器件114a、矩形空心腔114b、導光孔115、發(fā)射端精密減速步進馬達控制器單元 116、發(fā)射端初始位置檢測單元117、發(fā)射端紅外單元118、發(fā)射端無線收發(fā)通信單元119、 發(fā)射端中央處理器單元120、PSD器件121、接收端精密減速步進馬達控制器單元122、接 收端初始位置檢測單元123、PSD光斑檢測單元124、接收端無線收發(fā)通信單元125、接收 端中央處理器單元200、接收裝置。
【具體實施方式】
[0040] 為了使本發(fā)明實現的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結 合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。
[0041 ] 參見圖1至圖6所示，本發(fā)明公開了室內智能機器人精確位置感知系統(tǒng)，其由發(fā)射 裝置100和接收裝置200組成，發(fā)射裝置100是具有旋轉紅外信標發(fā)射裝置，發(fā)射裝置自身 位置不發(fā)生平移，但可以圍繞中心旋轉；接收裝置200為安裝在機器人頂上的旋轉紅外信 標接收裝置，隨機器人移動。
[0042] 發(fā)射裝置100由發(fā)射端旋轉機械結構和控制發(fā)射端旋轉機械結構工作以及產生 紅外信號相關的發(fā)射端電子處理單元組成。
[0043] 發(fā)射端旋轉機械結構包括精密減速步進馬達110、圓盤111、擋板112、槽形光耦 113以及導光器件114,圓盤111固定在精密減速步進馬達110上，導光器件114設置在圓 盤111上表面上；擋板112的一端和