本發(fā)明涉及一種電子圍欄，用于為機(jī)器人設(shè)置一個移動的邊界，主要用于將追求遍歷的室外機(jī)器人的移動范圍局限于一個圍欄內(nèi)。

背景技術(shù)：

追求遍歷的室外移動機(jī)器人比如打掃公共場所的清潔機(jī)器人、割草機(jī)器人、收割機(jī)器人、排雷機(jī)器人的在室外非結(jié)構(gòu)性場合使用時，尚沒有好的范圍約束機(jī)構(gòu)，尤其在地表不是太平整的場地、在沒有邊界（比如墻壁或障礙物限制）或者只有局部邊界的空曠場地，這個問題更加突出。一種辦法是以充電座作為原點(diǎn)（0,0），設(shè)置一個長（X）、寬（Y）參數(shù)，讓機(jī)器人在這個長為X、寬為Y的范圍內(nèi)工作，但由于室外地表不平整及機(jī)器人移動發(fā)生偏差的情況下，以這種方式太過牽強(qiáng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了在不太平整的場地以及沒有邊界的空曠場合構(gòu)建一個結(jié)構(gòu)性區(qū)域，約束機(jī)器人的移動范圍。

本發(fā)明是這樣設(shè)計的: 一種電子圍欄，包括至少有一個發(fā)射線狀激光（又稱一字線激光）的激光發(fā)射平臺，所述的發(fā)射平臺上至少有一個線狀激光發(fā)射頭，這個線狀激光發(fā)射頭發(fā)出的線狀激光的光幕大致垂直于地面，這個光幕就是電子圍欄的邊；這個發(fā)射平臺還包含電源、開關(guān)，被這個電子圍欄約束的機(jī)器人搭載著至少一個激光信號檢測裝置，以及朝向激光信號檢測裝置的錐形的反射體或者多路光導(dǎo)，激光信號檢測裝置通過錐形的反射體或者多路光導(dǎo)能將機(jī)器人外表被照射到的激光信號彎轉(zhuǎn)集中至激光信號檢測裝置。機(jī)器人一旦通過激光信號檢測裝置檢測到激光信號說明它已處于這個圍欄的邊緣，約定機(jī)器人不繼續(xù)前行越過這個圍欄，或者沿著這個圍欄的邊緣移動。

本發(fā)明的好處是線狀激光可將激光信號能在地面的垂直方向擴(kuò)散到一定的高度范圍，兼顧一些地面不平的場合，使移動機(jī)器人能在高低不同的地表的圍欄邊界能檢測到激光信號。

附圖說明

圖1~5為本發(fā)明設(shè)置的電子圍欄俯視圖。

圖6（a、b）、7（a、b、c）為本發(fā)明設(shè)置的電子圍欄一條邊正視圖。

圖8為本發(fā)明的電子圍欄發(fā)射平臺（a，b）、反射平臺（c）、標(biāo)桿（d）的示意圖。

圖9為搭載激光檢測裝置的機(jī)器人示意圖（其中a、b分別為方形、圓形機(jī)器人俯視圖，c為b的后視圖）。

圖10為機(jī)器人上搭載的反射光導(dǎo)及激光檢測裝置雙視圖。

實(shí)施例

一種電子圍欄，包括至少有一個發(fā)射線狀激光（又稱一字線激光）的激光發(fā)射平臺1，所述的發(fā)射平臺1上至少有一個線狀激光發(fā)射頭4，這個線狀激光發(fā)射頭4發(fā)出的線狀激光的光幕大致垂直于地面，這個光幕就是電子圍欄的邊；這個發(fā)射平臺1還包含電源、開關(guān)，被這個電子圍欄約束的機(jī)器人5搭載著至少一個激光信號檢測裝置7，以及朝向激光信號檢測裝置的錐形的反射體或者多路光導(dǎo)6，激光信號檢測裝置7通過錐形的反射體或者多路光導(dǎo)6能將機(jī)器人5外表被照射到的激光信號彎轉(zhuǎn)集中至激光信號檢測裝置7。機(jī)器人一旦檢測到激光信號說明它已處于這個圍欄的邊緣，約定機(jī)器人不繼續(xù)前行越過這個圍欄，或者沿著這個圍欄的邊緣移動。

在目前室內(nèi)移動的機(jī)器人邊界的檢測方式中，常用的是美國irobot公司設(shè)計的圓錐形反射體，用于從各個角度檢測一個虛擬墻發(fā)射的紅外線。由于紅外線是發(fā)散傳輸?shù)模覀鬏斁嚯x短，在室外較大的范圍內(nèi)使用并不合適，但圓錐形反射裝置可用，將對應(yīng)的紅外信號檢測裝置改為相應(yīng)的激光檢測裝置即可，可在激光檢測裝置前（上）增加濾光片及偏振片。在專利CN200410014702還設(shè)置了倒金字塔形的反射體、在專利CN201210435690說明書中設(shè)置了可彎轉(zhuǎn)的導(dǎo)光管（或光纖），均可搭載在機(jī)器人5上用于與激光檢測裝置7配合，檢測發(fā)射平臺1上的線狀激光發(fā)射頭4發(fā)出的相同波長的激光信號。

一束激光從側(cè)面通過一個柱面鏡片或者一片波浪面鏡片可形成形成扇形光幕，這就是線狀激光的產(chǎn)生原理，這種線狀激光有一個出光張角，最好選用張角小的線狀激光發(fā)射頭4。扇形光幕的一部分會打到地面上，地面上的激光信號漫反射后一部分信號也會反射到機(jī)器人搭載的激光信號檢測裝置7上，可通過測試對信號的強(qiáng)度設(shè)置設(shè)置一個閥值，忽略這部分漫反射信號。所謂的線狀激光的光幕大致垂直于地面就是說并不是要求線狀激光的光幕絕對垂直于地面，傾斜一些也不要緊，但最好是呈“/”字向圍欄內(nèi)傾斜而非“\”字向圍欄外傾斜，讓光幕的一部分射到地面后，激光信號的大部分是向圍欄外反射的。

點(diǎn)狀光斑半導(dǎo)體激光器作為發(fā)光光源（光束可通過光闌）。再經(jīng)過鮑威爾棱鏡(Powell lens)形成扇形光幕，然后經(jīng)過菲涅爾透鏡(Fresnel lens)可形成一道光強(qiáng)分布均勻的平行光幕。這種激光發(fā)射頭成本稍高，但平行光幕相對于扇形光幕使用效果更好。

線狀激光的發(fā)射平臺1可有兩個線狀激光發(fā)射頭4，兩個發(fā)射頭4之間有一個夾角，夾角一般為90度，如圖1，或180度，如圖3、圖7（c）、圖8（b）。線狀激光發(fā)射頭4水平仰角可調(diào)節(jié)，水平面方向也可旋轉(zhuǎn)，以滿足不是方形（帶斜邊）的環(huán)境。

所謂的至少一個發(fā)射平臺1，是因為在一些場合，機(jī)器人5可以檢測障礙物（如墻壁、路牙、花圃、灌木叢、河岸等）作為這個圍欄的邊界，平臺本身也是機(jī)器人可通過碰撞（或非接觸）檢測到的障礙物，可作為部分邊界，所以最少可使用本發(fā)明所述發(fā)射平臺1一個。對于一些地表凸起或凹陷的不平整的場合，發(fā)射平臺1可如圖7（a、b、c）中的設(shè)置方式，圖7（a，b）中用的是兩邊設(shè)置兩個相對的發(fā)射平臺,線狀激光發(fā)射頭4的上下角度進(jìn)行了調(diào)整，圖7（c）是兩邊兩個相對的發(fā)射平臺，中間凹陷處另置一個帶兩個朝向相反方向（夾角為180度）的線狀激光發(fā)射頭4的發(fā)射平臺1。

電子圍欄還可包括至少一個反射平臺2，讓一個發(fā)射平臺發(fā)出的線狀激光經(jīng)過一個或多個發(fā)射面的反射形成一個封閉或局部由障礙物封閉、局部敞開的圍欄。如圖4，這個圍欄包含一個發(fā)射平臺1和三個反射平臺2，構(gòu)成一個方形圍欄；如圖5，這個圍欄并不一定是方的，也可以是由多條邊構(gòu)成的。反射平臺2存在豎向設(shè)置的表面光滑的反射板3，如圖6、圖8（c），反射板3表面可為鏡子玻璃或是為涂反射材料的鏡面，甚至就是光滑的面板，反射板3可呈平面或凹形，設(shè)置凹形的好處是反射板3可對線狀激光適當(dāng)聚焦收束，反射板3的高度可升降調(diào)節(jié)（反射全部或局部激光線），也可調(diào)整傾斜度（通過調(diào)節(jié)底座支撐腳），以滿足放置地點(diǎn)不平的要求；反射板3的位置安裝的不一定是反射面，也可以是一條豎向設(shè)置的反射棱鏡，一般是全反射棱鏡，朝向發(fā)射平臺1的一面是棱鏡的一條直角邊，朝向另一個反射平臺2的是棱鏡的另一條直角邊，棱鏡可用塑料（有機(jī)玻璃）或樹脂材料或玻璃或水晶等透明材料制作。

這套電子圍欄包括兩個發(fā)射平臺1，如圖1，也可包括四個發(fā)射平臺1，如圖2，也可包括更多的發(fā)射平臺1或者多個發(fā)射平臺1和多個反射平臺2。

發(fā)射平臺1可為柱狀、臺狀、塔狀等能平穩(wěn)放置的形狀，包含電源（交流適配器或充電模塊或電池）、開關(guān)、線狀激光發(fā)射裝置4，電源、開關(guān)可設(shè)置在發(fā)射平臺1的底座上，底座可上還設(shè)置連接至激光發(fā)射頭的一個或兩個（信號或電源線）插頭或插座；電源、開關(guān)（全部或部分）也可集成在線狀激光發(fā)射頭4所在的集成模塊11上（也就是包含線狀激光發(fā)射頭4的一個盒子），發(fā)射平臺1上可設(shè)置這樣的集成模塊11一到兩個。

整套裝置中還可包括激光顯示標(biāo)桿8，標(biāo)桿表面也光滑（盡量避免漫反射），用于顯示圍欄的端點(diǎn)，標(biāo)桿8帶一個能平穩(wěn)放置的底座，標(biāo)桿8本身呈方形或直角三角形，標(biāo)桿8可以一直放置或者在圍欄設(shè)置好后就移走。標(biāo)桿8并不是必須的，平臺本身可做標(biāo)桿，也可人走過去讓激光線照一下找到這個端點(diǎn)即可。這個電子圍欄設(shè)置的方式可以是在一個端點(diǎn)先放置標(biāo)桿8，在另一（或兩個）個端點(diǎn)放置激光線能打到標(biāo)桿8的發(fā)射平臺1，如果這個區(qū)域是長方形結(jié)構(gòu)，且發(fā)射平臺1上有兩個夾角為90度的線狀激光發(fā)射頭4，那么在兩個能打到標(biāo)桿8的發(fā)射平臺1放置好后，第四個長方形的端點(diǎn)就在兩路激光線相交處。

發(fā)射平臺1、反射平臺2上可設(shè)置指南（北）針、水平矯正儀（尺）、可升降調(diào)節(jié)底座，所謂升降調(diào)節(jié)底座可以是平臺底部帶調(diào)節(jié)螺絲，能夠在放置好平臺后把平臺調(diào)節(jié)成水平放置，因為一字線激光并不需要絕對垂直，所以可作為可選項，線狀激光發(fā)射頭4或線狀激光發(fā)射集成模塊11可升降、水平方向可傾斜、水平的角度（相對于南北）可調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)高度，升降（調(diào)節(jié)高度）、傾斜（針對水平方向）、水平角度的調(diào)節(jié)都是簡單技術(shù)（線狀激光發(fā)射頭4或線狀激光發(fā)射集成模塊11當(dāng)做一個相對固定的部件），比如用螺桿（或螺母）旋轉(zhuǎn)即可，升降可類似顯微鏡的高度調(diào)節(jié)或者類似化學(xué)實(shí)驗鐵架臺上試管夾高度、角度的夾持調(diào)節(jié)方式（如圖8（a、b））、需要設(shè)置一個線狀激光發(fā)射頭4時，在桿子上夾持一個線狀激光發(fā)射集成模塊11，需要設(shè)置兩個設(shè)置線狀激光發(fā)射頭4時，在桿子上夾持兩個線狀激光發(fā)射集成模塊11，兩個模塊之間呈90度或180度，這種桿子可以是方形管，方便設(shè)置角度。

旋轉(zhuǎn)直接用螺桿或轉(zhuǎn)盤，再簡單一些：激光頭高度升降可用拉桿的方式、旋轉(zhuǎn)拉桿或直接調(diào)整底座放置方向調(diào)節(jié)水平角度、抬升或壓下激光頭改變其仰角，當(dāng)然，在調(diào)整線狀激光發(fā)射頭4水平方向的角度時，最好連底座放置的方向一起調(diào)整，以保證線狀激光垂直方向的光幕以幾乎垂直方向照到底座（以及反射板頂端的外框）面板上，這部分光幕的反射波能夠幾乎原路返回至發(fā)射平臺（可以斜向朝外反射），至少不斜向返回進(jìn)電子圍欄內(nèi)，也就是說這部分的反射光讓機(jī)器人對邊界的設(shè)別不會造成干擾，簡單一點(diǎn)，可將底座（以及反射板頂端的外框）面板斜向上設(shè)置，也就是呈錐形體，可讓反射光斜向上反射。對于以拉桿或旋轉(zhuǎn)拉桿調(diào)節(jié)激光發(fā)射頭或反射面高度的平臺可以將桿偏向一隅設(shè)置，類似圖8（c），讓反射光不會打到拉桿上，或者拉桿迎光的一面與反射面平行設(shè)置。圖6、圖8（c、d）中的底座仰角是用一根從頂?shù)降棕灤┑穆輻U9（部分有螺紋）調(diào)節(jié)的，調(diào)節(jié)的柄10設(shè)置在底座上相對于設(shè)置在底座底部（比如冰箱、洗衣機(jī)的調(diào)節(jié)底腳）更方便旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，通過螺桿9的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)底座連帶激光發(fā)射頭的與水平面仰角調(diào)節(jié)激光光幕的角度，擺放底座的方向調(diào)整光幕垂直面上的朝向，此類方法不一一列舉。

激光可間隙式發(fā)射，如果間隙發(fā)射，間隔的時間與機(jī)器人移動速度的乘積這個距離也就是機(jī)器人搭載的反射體或光導(dǎo)入口12的寬度必須要達(dá)到的值，如圖10。所述的機(jī)器人5并不是要求必須是方的（如圖9（a））或者圓（圖9（b、c））的，其他形狀也可。

線狀激光發(fā)射頭4需要功率較小，在人眼安全范圍內(nèi)，如果高檔些發(fā)射平臺1上的線狀激光發(fā)射頭4（或其集成模塊11）還可帶遙控轉(zhuǎn)動（上下、左右轉(zhuǎn)動、或整體升降）裝置，用于在遠(yuǎn)端控制圍欄的生成，同樣反射平臺2的反射面3也可遙控逐一設(shè)置可左右轉(zhuǎn)動或升降。