專利名稱：多顏色背景下機(jī)器人光電循跡系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)器人循跡系統(tǒng)，尤其是一張多顏色背景下機(jī)器人光電循跡系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
機(jī)器人循跡系統(tǒng)實(shí)際上就是機(jī)器人路徑識(shí)別系統(tǒng)，是循跡機(jī)器人系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。光電循跡傳感器作為機(jī)器人光電循跡系統(tǒng)的重要組成部分，其現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)和產(chǎn)品主要有兩種類型。一種類型的傳感器為采用發(fā)光管發(fā)射(例如紅外線)聚集的循跡光線照射到循跡場地上，通過對應(yīng)的光電接收管是否接收到場地上反射光情況，由接收管后續(xù)處理電路輸出信號(hào)的高低電平狀態(tài)來反映所處循線位置。目前采用這類光電循跡傳感器的循跡系統(tǒng)對循跡場地背景顏色和循跡線顏色要求對比分明(如黑色為底、白色為循跡引導(dǎo)線)，能產(chǎn)生足夠大差異的發(fā)射光，促使系統(tǒng)易于分辨，以此獲得盡可能的穩(wěn)定信號(hào)。另一種類型的傳感器為采用高亮發(fā)光管發(fā)射聚集的循跡光線照射到循跡場地上， 通過對應(yīng)的光敏電阻來感應(yīng)場地上反射光的強(qiáng)弱，由光敏電阻后續(xù)處理電路輸出電壓信號(hào)的大小值來反映所處循線位置。目前采用這種類型光電循跡傳感器的循跡系統(tǒng)對循跡場地背景顏色和循跡線顏色對比度要求較高，-對多種顏色的可識(shí)別性比較差，如白色LED燈發(fā)光，對紅藍(lán)顏色場地所輸出的模擬輸出電壓信號(hào)差異比較小，不易識(shí)別。在場地簡單的顏色狀態(tài)下能產(chǎn)生一定差異的模擬輸出電壓信號(hào)方可穩(wěn)定使用。綜上，現(xiàn)有的機(jī)器人光電循跡系統(tǒng)技術(shù)存在以下缺點(diǎn)I、對循跡線顏色要求對比分明，適應(yīng)場合單一。2、易受干擾，靈敏度低。3、不適應(yīng)多顏色復(fù)雜背景環(huán)境，無法實(shí)現(xiàn)多顏色區(qū)域循跡應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種多顏色背景下機(jī)器人光電循跡系統(tǒng)， 適應(yīng)多種顏色循跡位置的環(huán)境下運(yùn)行，有效擴(kuò)大光電循跡機(jī)器人的應(yīng)用范圍。為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種多顏色背景下機(jī)器人光電循跡系統(tǒng)，用于具有多種顏色背景的循跡場地，其特征在于，包括多顏色光電傳感器、輪循控制器、處理器， 所述多顏色光電傳感器包括多顏色LED燈、光敏電阻、分壓電阻，其中，在同一循跡位置，所述輪循控制器根據(jù)所述處理器的指令控制所述多顏色LED燈中的任一種顏色的LED依次發(fā)光，同時(shí)其余的LED處于熄滅狀態(tài)；循跡位置對LED發(fā)出的光產(chǎn)生反射，光敏電阻根據(jù)感應(yīng)反射光的強(qiáng)度引起自身阻值的變化，通過串聯(lián)的分壓電阻使得光敏電阻值變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化；處理器采集該電壓的值，并記錄為對應(yīng)該顏色LED燈的檢測信號(hào)；在至少循環(huán)一周后，處理器對采集到的檢測信號(hào)進(jìn)行比較，其中檢測信號(hào)值最小的所對應(yīng)的LED發(fā)光的顏色即為循跡位置的顏色。
較佳的，所述循跡位置為循跡線，所述循跡場地具有多條循跡線，所述循跡線的顏色不同于由該循跡線圍成的場地顏色。較佳的，所述輪循控制器包括譯碼驅(qū)動(dòng)器，用以接收所述處理器發(fā)出的控制信號(hào)， 從而控制多顏色LED燈的周期性發(fā)光。較佳的，所述多顏色LED以一定傾斜角均勻環(huán)繞于光敏電阻的周圍，每個(gè)LED燈光線照射于同一循跡位置。較佳的，所述處理器采用高速嵌入式單片機(jī)，在同一循跡位置至少進(jìn)行一次的輪循檢測。為解決上述問題，本發(fā)明還公開一種多顏色背景下機(jī)器人光電循跡方法，用于機(jī)器人光電循跡系統(tǒng)，該系統(tǒng)所在的循跡場地具有多種顏色背景，其特征在于，該系統(tǒng)包括多顏色光電傳感器、輪循控制器、處理器，所述多顏色光電傳感器包括多顏色LED燈、光敏電阻、分壓電阻，其中，該方法包括以下步驟(I)所述輪循控制器根據(jù)所述處理器的指令控制所述多顏色LED燈中的一種顏色的LED發(fā)光，同時(shí)其余的LED處于熄滅狀態(tài)；(2)循跡位置對LED發(fā)出的光產(chǎn)生反射，光敏電阻根據(jù)感應(yīng)反射光的強(qiáng)度引起自身阻值的變化，通過串聯(lián)的分壓電阻使得光敏電阻值變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化；(3)處理器采集該電壓的值，并記錄為對應(yīng)該顏色LED燈的檢測信號(hào)；(4)在同一循跡位置，重復(fù)上述步驟(I) (3)，在循環(huán)完至少一周后，處理器對采集到的檢測信號(hào)進(jìn)行比較，其中檢測信號(hào)值最小的所對應(yīng)的LED發(fā)光的顏色即為循跡位置的顏色。較佳的，所述循跡位置為循跡線，所述循跡場地具有多條循跡線，所述循跡線的顏色不同于由該循跡線圍成的場地顏色。較佳的，所述輪循控制器包括譯碼驅(qū)動(dòng)器，用以接收所述處理器發(fā)出的控制信號(hào)， 從而控制多顏色LED燈的周期性發(fā)光。較佳的，所述多顏色LED均勻環(huán)繞于光敏電阻的周圍，每個(gè)LED燈光線照射于同一循跡位置。較佳的，所述處理器采用高速嵌入式單片機(jī)，在同一循跡位置至少進(jìn)行一次的輪循檢測。有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)由于光電傳感器包括多顏色LED燈，在同一循跡位置進(jìn)行至少一次的輪循檢測， 故本發(fā)明的機(jī)器人循跡系統(tǒng)可以在具有多種顏色循跡場地的環(huán)境下運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)在不同顏色區(qū)域的循跡，有效擴(kuò)大光電循跡機(jī)器人的應(yīng)用范圍；處理器以輪循掃描控制LED工作方式，獲取循跡點(diǎn)的檢測信息并進(jìn)行分析處理， 穩(wěn)定性更高。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例的多顏色背景下機(jī)器人光電循跡系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例的多顏色背景下機(jī)器人光電循跡方法流程圖3為本發(fā)明實(shí)施例的循跡場地示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例的多顏色光電傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實(shí)施方式并配合附圖詳予說明。請參閱圖1，為本發(fā)明實(shí)施例的多顏色背景下機(jī)器人光電循跡系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖。該機(jī)器人光電循跡系統(tǒng)，用于具有多種顏色背景的循跡場地，包括多顏色光電傳感器、輪循控制器、處理器，所述多顏色光電傳感器包括多顏色LED燈、光敏電阻、分壓電阻，其中，在同一循跡位置，所述輪循控制器根據(jù)所述處理器的指令控制所述多顏色LED燈中的任一種顏色的LED依次發(fā)光，同時(shí)其余的LED處于熄滅狀態(tài)；循跡位置對LED發(fā)出的光產(chǎn)生反射，利用不同顏色的光射到地面上反射強(qiáng)度的不同，光敏電阻根據(jù)感應(yīng)反射光的強(qiáng)度引起自身阻值的變化，通過串聯(lián)的分壓電阻使得光敏電阻值變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化；處理器采集該電壓的值，并記錄為對應(yīng)該顏色LED燈的檢測信號(hào)；在至少循環(huán)一周后，處理器對采集到的檢測信號(hào)進(jìn)行比較，當(dāng)循跡位置的顏色與LED燈中某一顏色相同或最接近時(shí)，反射光強(qiáng)度最強(qiáng)，此時(shí)光敏電阻阻值最小，由圖I的光敏電阻和分壓電阻的串聯(lián)關(guān)系，此時(shí)的電壓最小， 即檢測信號(hào)值最小的所對應(yīng)的LED發(fā)光的顏色即為循跡位置的顏色。請參閱圖2，為本發(fā)明實(shí)施例的多顏色背景下機(jī)器人光電循跡方法流程圖，用于上述的機(jī)器人光電循跡系統(tǒng)。該方法包括以下步驟(I)輪循控制器根據(jù)所述處理器的指令控制所述多顏色LED燈中的一種顏色的 LED發(fā)光，同時(shí)其余的LED處于熄滅狀態(tài)；(2)循跡位置對LED發(fā)出的光產(chǎn)生反射，光敏電阻根據(jù)感應(yīng)反射光的強(qiáng)度引起自身阻值的變化，通過串聯(lián)的分壓電阻使得光敏電阻值變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化；(3)處理器采集該電壓的值，并記錄為對應(yīng)該顏色LED燈的檢測信號(hào)；(4)在同一循跡位置，重復(fù)上述步驟(I) (3)，在循環(huán)完至少一周后，處理器對采集到的檢測信號(hào)進(jìn)行比較，其中檢測信號(hào)值最小的所對應(yīng)的LED發(fā)光的顏色即為循跡位置的顏色。作為一實(shí)施例，上述的處理器采用高速嵌入式單片機(jī)，在同一循跡位置至少進(jìn)行一次的輪循檢測。由單片機(jī)發(fā)出高低電平制輪循控制器，所述輪循控制器包括譯碼驅(qū)動(dòng)器， 用以接收所述處理器發(fā)出的控制信號(hào)，使得譯碼驅(qū)動(dòng)器的片選信號(hào)輸出端只有一個(gè)口處于高電平狀態(tài)，其余端口為低電平，即只有高電平信號(hào)端的LED燈發(fā)光，其他端口的燈熄滅， 從而控制多顏色LED燈的周期性發(fā)光。上述單片機(jī)其中兩個(gè)輸出口，分別輸出高低電平，即組合成(00、01、10、11)四種形式，依次輸入到譯碼器；當(dāng)輸入00信號(hào)到譯碼器中，譯碼驅(qū)動(dòng)器選出其中的一個(gè)輸出口作為有效輸出口，輸出高電平導(dǎo)通一個(gè)LED ;此時(shí)循跡位置對LED所發(fā)的光產(chǎn)生反射，光敏電阻根據(jù)感應(yīng)反射光的強(qiáng)弱引起自身電阻值的變化，通過串聯(lián)的分壓電阻使得光敏電阻值變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，單片機(jī)采集了該電壓的值，并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，再記錄該對應(yīng)該顏色的檢測信號(hào)；緊接著單片機(jī)將01信號(hào)輸入到譯碼器中，譯碼驅(qū)動(dòng)器選出其中的另一個(gè)輸出口作為有效輸出口，輸出高電平導(dǎo)通另一個(gè)LED，并記錄為對應(yīng)該顏色的檢測信號(hào)，依次循環(huán)一個(gè)周期。作為一實(shí)施例，可以采用ARM系列的單片機(jī)，該系列單片機(jī)晶振為10MHz，單片機(jī)的I個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間為I. 2微秒，即在一個(gè)循跡點(diǎn)上的工作時(shí)間大約為100毫秒左右。假設(shè)機(jī)器人的運(yùn)行速度為lcm/s。在Icm的行程內(nèi)單片機(jī)可采集了 10次，即在Icm的行程內(nèi)形成了 10循跡點(diǎn)，有這么多的循跡點(diǎn)完全可以保證機(jī)器人穩(wěn)定的運(yùn)行。采用高速嵌入式單片機(jī)，可以在極短的時(shí)間內(nèi)輪循掃描各種顏色的LED并做處理分析，判斷出所在循跡線，促使機(jī)器人能夠高速連續(xù)的運(yùn)行。為了保證機(jī)器人系統(tǒng)判斷的準(zhǔn)確性，當(dāng)然也可以根據(jù)實(shí)際情況，提高單片機(jī)晶振的數(shù)據(jù)，從而提高單片機(jī)的計(jì)算速度；或者通過降低機(jī)器人的運(yùn)行速度來調(diào)機(jī)器人運(yùn)行的穩(wěn)定性。作為一實(shí)施例，上述循跡位置為循跡線，所述循跡場地具有多條循跡線，所述循跡線的顏色不同于由該循跡線圍成的場地顏色。請參考圖3，為本發(fā)明實(shí)施例的循跡場地示意圖。場地由多條循跡線圍成，循跡線將場地分割成多個(gè)單元格，其中任一單元格的背景顏色與其周圍循跡線顏色是不同的。機(jī)器人沿著循跡線的位置運(yùn)動(dòng)，假設(shè)機(jī)器人現(xiàn)處于紅色循跡線上，紅色LED燈反射光最強(qiáng)，對應(yīng)的電壓最小，從而判斷出機(jī)器人位于紅色循跡線上。請參考圖4，為本發(fā)明實(shí)施例的多顏色光電傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。采用多種顏色的高亮LED燈以一定的傾斜角均勻緊密環(huán)繞布局于光敏電阻的四周，確保每個(gè)LED聚集光線照射于機(jī)器人循跡場地同一位置。這樣，光敏電阻可實(shí)現(xiàn)同一循跡位置上不同顏色LED工作狀態(tài)下場地信息的感應(yīng)檢測。傾斜角的范圍一般在155° 175°之間，但具體情況需要根據(jù)實(shí)際使用時(shí)傳感器安裝的高度不同進(jìn)行調(diào)節(jié)角度，使光敏電阻處于最適合感光的位置。本發(fā)明提供的機(jī)器人光電循跡系統(tǒng)，可以根據(jù)場地顏色的變化更換成相應(yīng)顏色的 LED燈，從而適應(yīng)不同顏色的場地需求，實(shí)現(xiàn)在不同顏色區(qū)域的循跡，有效擴(kuò)大光電循跡機(jī)器人的應(yīng)用范圍，且由于采用高速嵌入式單片機(jī)，可以在極短的時(shí)間內(nèi)輪循掃描各種顏色的LED并做處理分析，判斷出所在循跡線，促使機(jī)器人能夠高速連續(xù)的運(yùn)行。以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種多顏色背景下機(jī)器人光電循跡系統(tǒng)，用于具有多種顏色背景的循跡場地，其特征在于，在同一循跡位置，所述輪循控制器根據(jù)所述處理器的指令控制所述多顏色LED燈中的任一種顏色的LED依次發(fā)光，同時(shí)其余的LED處于熄滅狀態(tài)；循跡位置對LED發(fā)出的光產(chǎn)生反射，光敏電阻根據(jù)感應(yīng)反射光的強(qiáng)度引起自身阻值的變化，通過串聯(lián)的分壓電阻使得光敏電阻值變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化；處理器采集該電壓的值，并記錄為對應(yīng)該顏色LED燈的檢測信號(hào)；在至少循環(huán)一周后，處理器對采集到的檢測信號(hào)進(jìn)行比較，其中檢測信號(hào)值最小的所對應(yīng)的LED發(fā)光的顏色即為循跡位置的顏色。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多顏色背景下機(jī)器人光電循跡系統(tǒng)，其特征在于，所述循跡位置為循跡線，所述循跡場地具有多條循跡線，所述循跡線的顏色不同于由該循跡線圍成的場地顏色。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的多顏色背景下機(jī)器人光電循跡系統(tǒng)，其特征在于，所述輪循控制器包括譯碼驅(qū)動(dòng)器，用以接收所述處理器發(fā)出的控制信號(hào)，從而控制多顏色LED燈的周期性發(fā)光。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的多顏色背景下機(jī)器人光電循跡系統(tǒng)，其特征在于，所述多顏色LED均勻環(huán)繞于光敏電阻的周圍，每個(gè)LED燈光線照射于同一循跡位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的多顏色背景下機(jī)器人光電循跡系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器采用高速嵌入式單片機(jī)，在同一循跡位置至少進(jìn)行一次的輪循檢測。
6.一種多顏色背景下機(jī)器人光電循跡方法，用于上述機(jī)器人光電循跡系統(tǒng)，該系統(tǒng)所在的循跡場地具有多種顏色背景，其特征在于，該系統(tǒng)包括多顏色光電傳感器、輪循控制器、處理器，所述多顏色光電傳感器包括多顏色LED燈、光敏電阻、分壓電阻，其中，該方法包括以下步驟(1)輪循控制器根據(jù)所述處理器的指令控制所述多顏色LED燈中的一種顏色的LED發(fā)光，同時(shí)其余的LED處于熄滅狀態(tài)；(2)循跡位置對LED發(fā)出的光產(chǎn)生反射，光敏電阻根據(jù)感應(yīng)反射光的強(qiáng)度引起自身阻值的變化，通過串聯(lián)的分壓電阻使得光敏電阻值變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化；(3)處理器采集該電壓的值，并記錄為對應(yīng)該顏色LED燈的檢測信號(hào)；(4)在同一循跡位置，重復(fù)上述步驟(I) (3)，在循環(huán)完至少一周后，處理器對采集到的檢測信號(hào)進(jìn)行比較，其中檢測信號(hào)值最小的所對應(yīng)的LED發(fā)光的顏色即為循跡位置的顏色。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多顏色背景下機(jī)器人光電循跡方法，其特征在于，所述循跡位置為循跡線，所述循跡場地具有多條循跡線，所述循跡線的顏色不同于由該循跡線圍成的場地顏色。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的多顏色背景下機(jī)器人光電循跡方法，其特征在于，所述輪循控制器包括譯碼驅(qū)動(dòng)器，用以接收所述處理器發(fā)出的控制信號(hào)，從而控制多顏色LED燈的周期性發(fā)光。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的多顏色背景下機(jī)器人光電循跡方法，其特征在于，所述多顏色LED均勻環(huán)繞于光敏電阻的周圍，每個(gè)LED燈光線照射于同一循跡位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的多顏色背景下機(jī)器人光電循跡方法，其特征在于，所述處理器采用高速嵌入式單片機(jī)，在同一循跡位置至少進(jìn)行一次的輪循檢測。
全文摘要
本發(fā)明公開一種多顏色背景下機(jī)器人光電循跡系統(tǒng)，用于具有多種顏色背景的循跡場地，包括多顏色光電傳感器、輪循控制器、處理器，利用在同一循跡位置，不同顏色LED反射光強(qiáng)度不同，從而判斷出機(jī)器人所處位置。本發(fā)明提供的機(jī)器人光電循跡系統(tǒng)，可以根據(jù)場地顏色的變化更換成相應(yīng)顏色的LED燈，從而適應(yīng)不同顏色的場地需求，實(shí)現(xiàn)在不同顏色區(qū)域的循跡，有效擴(kuò)大光電循跡機(jī)器人的應(yīng)用范圍，且由于采用高速嵌入式單片機(jī)，可以在極短的時(shí)間內(nèi)輪循掃描各種顏色的LED并做處理分析，判斷出所在循跡線，促使機(jī)器人能夠高速連續(xù)的運(yùn)行。
文檔編號(hào)G05D1/02GK102591345SQ20121005884
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月7日
發(fā)明者何用輝, 林豐 申請人:何用輝