自移动机器人系统的制作方法
【专利摘要】一种自移动机器人系统，包括基座和自移动机器人，所述自移动机器人设有角度传感器和控制单元，所述基座和所述自移动机器人分别设有可发射偏振光的发射装置和接收装置，所述接收装置上设有偏振片，所述发射装置发出的偏振光被接收装置接收后，控制单元可根据接收装置接收的信号的强度和/或强度变化，校准清洁机器人的方向。本实用新型通过设置能够发射偏振光的发射装置及相应的接收装置，控制单元根据接收装置接收的信号的强度和/或强度变化，校准自移动机器人的方向，其校准精度高，方向定位准确、操作简单并且所用成本低。
【专利说明】
自移动机器人系统
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及一种自移动机器人系统，属于小家电制造技术领域。
【背景技术】
[0002]现有的规划型自移动机器人，一般分为采用绝对坐标系和相对坐标系两种方式来进行定位导航工作。
[0003]对于采用绝对坐标系的定位系统，比如，机器人通过摄像机等捕获天花板上或其他位置的具有位置标识的图像，并根据所捕获的图像相应地测出其当前位置，这种定位系统要求系统快速处理大量数据，使用该系统会导致成本较高。
[0004]而对于采用相对坐标系的定位系统，比如，机器人通过一个行驶距离传感器和一个角度传感器对机器的相对位置计算，但是随着机器人的重复旋转操作，这种定位方式会产生累计探测误差，因此需要每隔一段时间，进行一次校准。例如CN1330274C号专利中公开的机器人清洁器坐标修正方法，其通过在机器人清洁器上设置多个距离传感器并依据距离传感器到基座的探测板的距离dl和d2来校准其回到基座的位姿，这种校准位姿的方式成本较高而且调整过程较为复杂不易操控。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种自移动机器人系统，通过设置能够发射偏振光的发射装置及相应的接收装置，控制单元根据接收装置接收的信号的强度和/或强度变化，校准自移动机器人的方向，其校准精度高，方向定位准确、操作简单并且所用成本低。
[0006]本实用新型所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的:
[0007]本实用新型提供一种自移动机器人系统，包括基座和自移动机器人，所述自移动机器人设有角度传感器和控制单元，所述自移动机器人系统还包括可发射偏振光的发射装置和接收装置，所述接收装置上设有偏振片，所述发射装置发出的偏振光被接收装置接收后，控制单元可根据接收装置接收的信号的强度和/或强度变化，校准清洁机器人的方向；其中，所述发射装置设置在基座上，所述接收装置对应设置在自移动机器人上;或者所述发射装置设置在自移动机器人上，所述接收装置对应设置在基座上。
[0008]为了便于校准，初始状态时，所述接收装置上设置的偏振片的偏振化方向与发射装置发出的偏振光的偏振面相互平行。
[0009]优选的，所述接收装置位于自移动机器人的顶部，所述发射装置位于所述基座，所述发射装置发出的偏振光经天花板或挡板反射后被所述接收装置接收。或者，所述发射装置位于自移动机器人的顶部，所述接收装置位于所述基座，所述发射装置发出的偏振光经天花板或挡板反射后被所述接收装置接收，所述基座和自移动机器人上还分别设有通信单元。或者，所述接收装置位于自移动机器人的顶部，所述发射装置正对所述接收装置设于所述基座上，所述发射装置发出的偏振光直接被所述接收装置接收。或者，所述基座包括承载所述自移动机器人的底座，所述发射装置设置在所述底座上，所述接收装置位于自移动机器人的底部，所述发射装置发出的偏振光直接被所述接收装置接收。
[0010]为了便于校准，初始状态时，所述接收装置上设置的偏振片的偏振化方向与发射装置发出的偏振光的偏振面相互垂直。
[0011]综上所述，本实用新型中通过设置能够发射偏振光的发射装置及相应的接收装置，控制单元根据接收装置接收的信号的强度和/或强度变化，校准自移动机器人的方向，其校准精度高，方向定位准确、操作简单并且所用成本低。
[0012]下面结合附图和具体实施例，对本实用新型的技术方案进行详细地说明。
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型自移动机器人系统实施例一的结构示意图；
[0014]图2为本实用新型自移动机器人系统实施例二的第一结构示意图；
[0015]图3为本实用新型自移动机器人系统实施例二的第二结构示意图。
【具体实施方式】
[0016]本实用新型自移动机器人系统包括基座和自移动机器人，所述基座上设有发射装置，发射装置上设有偏振片，使发射装置能发出偏振光，所述自移动机器人装有角度传感器、控制单元和接收装置，所述角度传感器用来探测自移动机器人行走过程中的角度变化，接收装置上设有与发射装置上相同的偏振片，发射装置发出的偏振光被接收装置接收后，控制单元根据接收装置接收的信号的强度和/或强度变化，校准自移动机器人的方向。需要注意的是，所述发射装置也可以设置在自移动机器人上，对应的接收装置设置在基座上，此时需要在所述基座和自移动机器人上分别设置通信单元，使得设置在基座上的接收装置所接收的偏振光信号能够传输到自移动机器人的控制单元上，但是这种位置的改变对技术方案的实施影响很小，故以下仅以基座设置发射装置，自移动机器人设置接收装置的情况为例对本技术方案做进一步描述。
[0017]为了便于校准，优选的，初始状态时，所述接收装置上设置的偏振片的偏振化方向与发射装置发出的偏振光的偏振面相互平行或者相互垂直。下面以接收装置上设置的偏振片的偏振化方向与发射装置发出的偏振光的偏振面相互平行为例，说明自移动机器人校准方向的过程。另外，自移动机器人的偏移角度Θ的记录方法，可以以0° < θ<360°的方式表示，但是不排除其他计量方式，比如O < θ<2π等。
[0018]—般情况下，自移动机器人返回基座，此时自移动机器人可接收到发射装置发出的偏振光(引导自移动机器人回到基座属于现有技术，在此不再赘述)，由于引导装置的误差，自移动机器人的返回位置与初始位置相比，会存在10°左右的角度偏差，即实际角度偏移量Θ在10°或者350°左右。此时所述角度传感器记录的角度偏移量为0工，其中0° < θ!<360°，具体的说，当角度传感器记录的角度偏移量为0工为负值或者大于等于360°时，控制单元对9!进行修正，修正后的Q1修正=θ1±360°*η，其中η为整数。由于角度传感器自身有一定的精度误差，在经过自移动机器人长时间的行走后，其测量值将不断的累积该精度误差，使得Θ4ΡΘ并不相同，即角度传感器无法正确的记录自移动机器人的实际角度偏移量。
[0019]实施例一
[0020]图1为本实用新型自移动机器人系统实施例一的结构示意图。如图1所示，当自移动机器人200工作一段时间后返回基座100，所述基座100的发射装置110发出的偏振光经天花板或挡板120反射后被位于自移动机器人200顶部的接收装置210接收。当自移动机器人200的接收装置210接收到所述基座100的发射装置110发出的偏振光后，假设自移动机器人200的实际角度偏移量为Θ，角度传感器记录的角度偏移量为Q1，其中0° <θ!<360°，所述控制单元控制自移动机器人200顺时针旋转360° (也可逆时针旋转360° )，此时角度传感器记录的角度偏移量θι不断增大，直到增大到360°后，角度偏移量回到0°，随着自移动机器人200的继续旋转，角度偏移量继续增大到Q1，此过程中，自移动机器人200的接收装置210将偏振光的光强信号反馈给控制单元，控制单元记录下光强为最大值1时的旋转角度θ2，例如，假设自移动机器人200返回基座100后，角度传感器记录的角度偏移量为15°，所述控制单元控制自移动机器人200顺时针旋转了 170°时接收装置210接收到偏振光的最大光强，此时角度传感器记录的角度偏移量θι为185°，旋转角度02为170°。由于偏振光的特性，自移动机器人200顺时针旋转360°的过程中，光强为最大值1时的角度偏移量Θ2有两个(θ2?和Θ22,其中I θ22-θ211 = 180°)，即对应于与初始方向平行的两个位置，且对应的实际角度偏移量为0°和180°，鉴于所述引导装置引导自移动机器人200返回到初始位置时，实际角度偏移量Θ在10°或者在350°左右，下面对本实施例中自移动机器人200的校准过程进行详细描述:
[0021]所述控制单元根据旋转角度θ2校准所述角度传感器记录的角度偏移量Q1。
[0022]所述控制单元根据旋转角度Θ21和θ22推算所述自移动机器人回到基座的实际角度偏移量，结果包括921?lE= 360° -021，02嫩E= 360°-022。当得出校正后的921?lE和校正后的Θ221$正后，控制单元根据Θ21樹E和θ22?証的具体数值，选出一个作为校准后角度传感器记录的角度偏移量Θ校隹，具体判断标准为控制单元选取校正后的021樹E或校正后的02?怔中位于0°?10° (包括0°)或350°?360°范围内的一个值作为自移动机器人回到基座的实际角度偏移量Θ樹H，SP将角度传感器记录的角度偏移量为修正为Θ檢￡，从而完成校准，或者，所述控制单元还可以控制自移动机器人逆时针旋转(若上述旋转360°时为逆时针旋转，则此处为顺时针旋转)Θ赃后(或者顺时针旋转360-Θ樹￡)，将所述角度传感器记录的角度偏移量01校正为0°，Spe1 =O00
[0023]为了提高所述自移动机器人200系统的兼容性，防止引导装置造成的实际角度偏移量Θ过大时，自移动机器人200系统无法进行方向校准，控制单元在021檢￡和之中选取Θ檢E时，控制单元选取校正后的θ2?檢E或校正后的θ22檢E中位于0°?90° (包括0° )或270°?360°中的一个值作为自移动机器人回到基座的实际角度偏移量Θ檢Ε。
[0024]实施例二
[0025]图2为本实用新型自移动机器人系统实施例二的第一结构示意图；图3为本实用新型自移动机器人系统实施例二的第二结构示意图。如图2结合图3所示，本实施例中与实施例一的区别在于所述基座的发射装置发出的偏振光直接被自移动机器人的接收装置接收，没有经过反射，图2中所述基座101包括承载所述自移动机器人201的底座，所述发射装置111设置在所述底座上，待自移动机器人201返回基座101后，偏振光被设置在自移动机器人201底部的接收装置211接收；图3中所述基座102的发射装置112发射的偏振光直接发射至地面，待自移动机器人返回基座102后，偏振光被设置在自移动机器人202顶部的接收装置212接收。由于没有经过反射，偏振光的能量几乎没有损失而且不同环境带来的影响较小，在发射装置的工作功率确定的情况下，所述接收装置能接收到的偏振光的最大光强为一常数I1。下面对本实施例中自移动机器人的校准过程进行详细描述:
[0026]当自移动机器人的接收装置接收到所述基座的发射装置发出的偏振光后，假设自移动机器人的实际角度偏移量为θ3，角度传感器记录的角度偏移量为Q1，其中0° < θ!<360°，自移动机器人接收装置接收到的偏振光光强为I，控制单元根据马吕斯定律可以推断出通过偏振片的光强变化规律为1 = 1^((30803)%该处I1为接收装置通过偏振片接收到的最大光强)，可以计算出实际角度偏移量θ3的数值，但是该实际角度偏移量θ3至多包括四个结果，例如03包括θ31、θ32、θ33和Θ34，其中,031 < θ32<θ33 < θ34,0° < Θ31 < 90。，270。< θ34<360°
或者031 = 034 = 0° 和θ32 = θ33= 180° O
[0027]进一步的，控制单元控制自移动机器人顺时针旋转较小角度θ4(优选的，0°<θ5<10°)后并旋回，记录光强变化。由于实际角度偏移量θ3在10°或者在350°左右，因此如果光强变化为先变强，则控制单元判断自移动机器人的实际角度偏移量θ3在270°?360° (包括270°)的范围内，即所述控制单元选取θ34作为校准后角度传感器的角度偏移量，将所述角度传感器记录的角度偏移量Q1修正为θ34，如果光强变化为先变弱，则控制单元判断自移动机器人的实际角度偏移量θ3在0°?90° (包括0°)的范围内，即所述控制单元选取Θ31作为校准后角度传感器的角度偏移量，将所述角度传感器记录的角度偏移量修正为θ31。
[0028]需要说明的是，初始状态接收装置上设置的偏振片的偏振化方向与发射装置发出的偏振光的偏振面可以设为相互垂直或者其他已知角度，本领域的技术人员仅需对控制单元中的程序做修改后，也可以实现自移动机器人的方向校准的过程，例如，对应于相互垂直的情况，可以将实施例一中的方案进行修改，将接收装置接收到的偏振光的光强为最小值时的角度值作为修正角度传感器记录角度偏移量的基准，具体过程可参考上述过程，在此不再赘述。
[0029]本实用新型中通过设置能够发射偏振光的发射装置及相应的接收装置，控制单元根据接收装置接收的信号的强度和/或强度变化，校准自移动机器人的方向，其校准精度高，方向定位准确、操作简单并且所用成本低。
【主权项】
1.一种自移动机器人系统，包括基座和自移动机器人，所述自移动机器人设有角度传感器和控制单元，其特征在于，所述自移动机器人系统还包括可发射偏振光的发射装置和接收装置，所述接收装置上设有偏振片，所述发射装置发出的偏振光被接收装置接收后，控制单元可根据接收装置接收的信号的强度和/或强度变化，校准清洁机器人的方向； 其中，所述发射装置设置在基座上，所述接收装置对应设置在自移动机器人上;或者所述发射装置设置在自移动机器人上，所述接收装置对应设置在基座上。2.如权利要求1所述的自移动机器人系统，其特征在于，初始状态时，所述接收装置(210、211、212)上设置的偏振片的偏振化方向与发射装置(110、111、112)发出的偏振光的偏振面相互平行。3.如权利要求2所述的自移动机器人系统，其特征在于，所述接收装置(210)位于自移动机器人(200)的顶部，所述发射装置(100)位于所述基座，所述发射装置发出的偏振光经天花板或挡板(120)反射后被所述接收装置接收。4.如权利要求2所述的自移动机器人系统，其特征在于，所述发射装置位于自移动机器人的顶部，所述接收装置位于所述基座，所述发射装置发出的偏振光经天花板或挡板反射后被所述接收装置接收，所述基座和自移动机器人上还分别设有通信单元。5.如权利要求2所述的自移动机器人系统，其特征在于，所述接收装置(212)位于自移动机器人(202)的顶部，所述发射装置(112)正对所述接收装置设于所述基座上，所述发射装置发出的偏振光直接被所述接收装置接收。6.如权利要求2所述的自移动机器人系统，其特征在于，所述基座(101)包括承载所述自移动机器人的底座，所述发射装置(111)设置在所述底座上，所述接收装置(211)位于自移动机器人(201)的底部，所述发射装置发出的偏振光直接被所述接收装置接收。7.如权利要求1所述的自移动机器人系统，其特征在于，初始状态时，所述接收装置上设置的偏振片的偏振化方向与发射装置发出的偏振光的偏振面相互垂直。
【文档编号】B25J9/16GK205466217SQ201620114113
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年2月4日
【发明人】汤进举
【申请人】科沃斯机器人有限公司