導(dǎo)游機器人的自定位系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】公開一種導(dǎo)游機器人的自定位系統(tǒng)，包括電源管理模塊，微控器，人機界面模塊，行走驅(qū)動模塊，障礙物檢測模塊和語音識別及合成模塊，所述的人機界面模塊，行走驅(qū)動模塊，障礙物檢測模塊和語音識別及合成模塊與所述的微控器連接，還包括與所述的微控器連接的慣性定位模塊，進行大范圍自定位的圖像識別模塊和進行定點校正的路標(biāo)識別模塊。所述的慣性定位模塊，設(shè)置進行位移和旋轉(zhuǎn)角度計算的雙編碼器定位系統(tǒng)和進行旋轉(zhuǎn)角度計算的電子陀螺儀。所述的路標(biāo)識別模塊設(shè)置磁感應(yīng)識別裝置，或者設(shè)置紅外識別裝置。所述的圖像識別模塊，設(shè)置單個攝像頭，或者設(shè)置兩個光軸相互平行的攝像頭。
【專利說明】導(dǎo)游機器人的自定位系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種導(dǎo)游機器人的自定位系統(tǒng)，屬于移動機器人【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]移動機器人的自定位問題一直是一個技術(shù)難題，到目前也沒有得到妥善解決。但是這個問題又是一個必須面對的問題，因為移動機器人要完成設(shè)定的任務(wù)必須知道自己在工作環(huán)境中的位置。傳統(tǒng)的慣性導(dǎo)航方法，比如編碼器定位、加速度傳感器等，雖然具有成本低廉，技術(shù)成熟的優(yōu)點，但是無法消除的累計誤差，隨著時間的推移，誤差會越來越大，最后數(shù)據(jù)無法使用。而目前最先進的全球定位系統(tǒng)GPS，雖然沒有累計誤差的困擾，但是存在系統(tǒng)誤差，比如衛(wèi)星和接收機的時鐘差，星歷誤差，電離層和對流層的延遲誤差等，導(dǎo)致GPS定位數(shù)據(jù)存在10米左右的定位誤差。并且對于室內(nèi)應(yīng)用的移動機器人，由于信號的屏蔽，全球定位系統(tǒng)GPS無法正常工作。另外，基于圖像識別的定位方法，隨著計算機技術(shù)和成像技術(shù)的發(fā)展，逐步發(fā)展起來并取得一定成功。但是這種方法容易環(huán)境光線和環(huán)境變化的影響，容易發(fā)生定位失效。因此，不能單獨依賴某種定位方法，而應(yīng)該利用多種定位方法的性能優(yōu)勢，相互融合以獲得穩(wěn)定的定位數(shù)據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型提供一種導(dǎo)游機器人的自定位系統(tǒng)，包括慣性定位模塊、圖像識別模塊和路標(biāo)識別模塊，可相互校正誤差，實現(xiàn)更加穩(wěn)定的定位性能。
[0004]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0005]導(dǎo)游機器人的自定位系統(tǒng)，包括提供穩(wěn)定電源的電源管理模塊，進行集中處理的微控器，進行狀態(tài)顯示和界面操作的人機界面模塊，進行自由移動的行走驅(qū)動模塊，進行環(huán)境障礙物檢測的障礙物檢測模塊和可識別語音信號并合成輸出語音信號的語音識別及合成模塊，所述的人機界面模塊，行走驅(qū)動模塊，障礙物檢測模塊和語音識別及合成模塊與所述的微控器連接，所述的行走驅(qū)動模塊控制左驅(qū)動電機和右驅(qū)動電機的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)速度，所述的左驅(qū)動電機上安裝左編碼器，所述的右驅(qū)動電機上安裝右編碼器，還包括進行局部范圍自定位的慣性定位模塊，所述的慣性定位模塊與所述的微控器連接；還包括進行大范圍自定位的圖像識別模塊，所述的圖像識別模塊與所述的微控器連接；還包括進行定點校正的路標(biāo)識別模塊，所述的路標(biāo)識別模塊與所述的微控器連接。
[0006]所述的慣性定位模塊，設(shè)置進行位移和旋轉(zhuǎn)角度計算的雙編碼器定位系統(tǒng)和進行旋轉(zhuǎn)角度計算的電子陀螺儀。
[0007]所述的路標(biāo)識別模塊設(shè)置磁感應(yīng)識別裝置，識別采用磁鐵，磁鋼和磁條設(shè)置的路標(biāo)。
[0008]所述的路標(biāo)識別模塊設(shè)置紅外識別裝置，識別采用紅外線設(shè)置的路標(biāo)。
[0009]所述的圖像識別模塊，設(shè)置單個攝像頭。
[0010]所述的圖像識別模塊，設(shè)置兩個光軸相互平行的攝像頭。[0011]本實用新型的有益效果主要表現(xiàn)在:1、慣性定位模塊、圖像識別模塊和路標(biāo)識別 模塊都能獨立工作；2、慣性定位模塊、圖像識別模塊和路標(biāo)識別模塊可以相互校正誤差，實 現(xiàn)相對穩(wěn)定的定位性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是導(dǎo)游機器人的自定位系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步描述。
[0014]參照圖1，導(dǎo)游機器人的自定位系統(tǒng)，包括提供穩(wěn)定電源的電源管理模塊2，進行 集中處理的微控器1，進行狀態(tài)顯示和界面操作的人機界面模塊3，進行自由移動的行走驅(qū) 動模塊4，進行環(huán)境障礙物檢測的障礙物檢測模塊6和可識別語音信號并合成輸出語音信 號的語音識別及合成模塊5，所述的人機界面模塊3，行走驅(qū)動模塊4，障礙物檢測模塊6和 語音識別及合成模塊5與所述的微控器I連接。
[0015]所述的電源管理模塊2為系統(tǒng)提供各種電壓水平的穩(wěn)定電源，還在充電過程各種 負責(zé)進行充電管理。如果電壓不足立即進行充電；充電過程中，所述的電源管理模塊2負責(zé) 控制充電電流和判斷充電結(jié)束。
[0016]所述的人機界面模塊3進行狀態(tài)顯示和用戶指令的輸入，以及各種信息的顯示， 包括液晶顯示屏、LED燈、蜂鳴器、喇叭、按鍵及觸摸屏。
[0017]所述的行走驅(qū)動模塊4用于控制左驅(qū)動電機和右驅(qū)動電機的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)速 度。所述的左驅(qū)動電機和右驅(qū)動電機帶動兩個驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動導(dǎo)游機器人以任意軌 跡移動。所述的左驅(qū)動電機上安裝左編碼器，所述的右驅(qū)動電機上安裝右編碼器。
[0018]所述的語音識別及合成模塊5負責(zé)識別語音信號，也就是說聽懂人說話，從中提 取指令，相反地，還可以通過語音合成功能，將一些信息通過語音輸出，也就是模擬人說話。
[0019]所述的障礙物檢測模塊6負責(zé)檢測工作環(huán)境的障礙物情況，用于導(dǎo)游機器人的路 徑規(guī)劃和避障?？刹捎贸暡▊鞲衅?，紅外測距傳感器，激光雷達傳感器，或者其中的任意 組合。
[0020]還包括進行局部范圍自定位的慣性定位模塊7，所述的慣性定位模塊7與所述的 微控器I連接。所述的慣性定位模塊7，設(shè)置進行位移和旋轉(zhuǎn)角度計算的雙編碼器定位系統(tǒng) 和進行旋轉(zhuǎn)角度計算的電子陀螺儀。
[0021]所述的雙編碼器定位系統(tǒng)連接所述的左編碼器和右編碼器。所述的雙編碼器定位 系統(tǒng)具有隨時間不斷增加的累計誤差，比如打滑引起的誤差、計算近似誤差以及結(jié)構(gòu)尺寸 的舍入誤差。而所述的電子陀螺儀累計計算導(dǎo)游機器人的旋轉(zhuǎn)角度，可校正所述的雙編碼 器定位系統(tǒng)的誤差。所述的雙編碼器定位系統(tǒng)和電子陀螺儀的配合使用可降低導(dǎo)游機器人 的定位誤差。
[0022]還包括進行大范圍自定位的圖像識別模塊8，所述的圖像識別模塊8與所述的微 控器I連接。所述的圖像識別模塊8可以獲得豐富的環(huán)境信息，信息量很大，可以識別固定 模式的圖案，也可以計算場景的距離。所述的圖像識別模塊8，設(shè)置單個攝像頭。這種方式 下，該攝像頭獲取環(huán)境的圖像信息，從中提取出具有固定位置的圖案，從而得到距離該圖案的距離和角度。所述的圖像識別模塊8，也可以設(shè)置兩個光軸相互平行的攝像頭，通過這兩個攝像頭可以獲得具有一定視差的場景圖像，通過計算獲得視差數(shù)值以后，可以根據(jù)這兩個攝像頭的距離和焦距，計算場景的距離信息，然后根據(jù)概率統(tǒng)計計算導(dǎo)游機器人可能所在的位置。因為環(huán)境中存在人員走動和局部場景變化，或者在某個視覺死角，所述的圖像識別模塊8也會定位失效。
[0023]為了完成引導(dǎo)任務(wù)，需要在某些位置實現(xiàn)更加精確的定位效果，比如進行電力補充的充電站，迎賓的起始點和需要進行景點講解的位置。因此還包括進行定點校正的路標(biāo)識別模塊9，所述的路標(biāo)識別模塊9與所述的微控器I連接。在特定位置上設(shè)置路標(biāo)，導(dǎo)游機器人識別以后就能確定精確的位置。所述的路標(biāo)識別模塊9設(shè)置磁感應(yīng)識別裝置，識別采用磁鐵，磁鋼和磁條設(shè)置的路標(biāo)，也可以設(shè)置紅外識別裝置，識別采用紅外線設(shè)置的路標(biāo)。
[0024]綜上所述，提供一種導(dǎo)游機器人的自定位系統(tǒng)，包括慣性定位模塊、圖像識別模塊和路標(biāo)識別模塊，每種檢測方法都具有一定的局限性，但是相互校正誤差，數(shù)據(jù)相互融合，可實現(xiàn)更加穩(wěn)定的定位性能，完成導(dǎo)游機器人的工作任務(wù)。
【權(quán)利要求】
1.導(dǎo)游機器人的自定位系統(tǒng)，包括提供穩(wěn)定電源的電源管理模塊，進行集中處理的微 控器，進行狀態(tài)顯示和界面操作的人機界面模塊，進行自由移動的行走驅(qū)動模塊，進行環(huán)境 障礙物檢測的障礙物檢測模塊和可識別語音信號并合成輸出語音信號的語音識別及合成 模塊，所述的人機界面模塊，行走驅(qū)動模塊，障礙物檢測模塊和語音識別及合成模塊與所述 的微控器連接，所述的行走驅(qū)動模塊控制左驅(qū)動電機和右驅(qū)動電機的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)速 度，所述的左驅(qū)動電機上安裝左編碼器，所述的右驅(qū)動電機上安裝右編碼器，其特征在于: 還包括進行局部范圍自定位的慣性定位模塊，所述的慣性定位模塊與所述的微控器連接； 還包括進行大范圍自定位的圖像識別模塊，所述的圖像識別模塊與所述的微控器連接；還 包括進行定點校正的路標(biāo)識別模塊，所述的路標(biāo)識別模塊與所述的微控器連接。
2.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)游機器人的自定位系統(tǒng)，其特征在于:所述的慣性定位模塊， 設(shè)置進行位移和旋轉(zhuǎn)角度計算的雙編碼器定位系統(tǒng)和進行旋轉(zhuǎn)角度計算的電子陀螺儀。
3.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)游機器人的自定位系統(tǒng)，其特征在于:所述的路標(biāo)識別模塊 設(shè)置磁感應(yīng)識別裝置，識別采用磁鐵，磁鋼和磁條設(shè)置的路標(biāo)。
4.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)游機器人的自定位系統(tǒng)，其特征在于:所述的路標(biāo)識別模塊 設(shè)置紅外識別裝置，識別采用紅外線設(shè)置的路標(biāo)。
5.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)游機器人的自定位系統(tǒng)，其特征在于:所述的圖像識別模塊， 設(shè)置單個攝像頭。
6.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)游機器人的自定位系統(tǒng)，其特征在于:所述的圖像識別模塊， 設(shè)置兩個光軸相互平行的攝像頭。
【文檔編號】G05D1/02GK203444335SQ201320551821
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月30日
【發(fā)明者】陸溪, 杜慧江, 劉瑜 申請人:浙江理工大學(xué)