专利名称：机器人餐厅多机器人自动定位系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种机器人技术领域的系统，具体是一种机器人餐厅多机器 人自动定位系统。
背景技术：
随着机器人技术的不断发展，越来越多的服务机器人将被广泛应用于人们的 日常生活中。机器人餐厅就是服务机器人在餐厅中的典型应用。机器人餐厅中通 常配置有烹饪机器人、迎宾机器人与送菜机器人等多台服务机器人，而且迎宾机 器人与送菜机器人都属于移动机器人，这些机器人能否准确定位将直接关系到它 们能否正常工作。因此，提供一种机器人餐厅中多机器人自动定位方法具有重要 的现实意义。
经对现有技术的文献检索发现，专利申请号200410059618. 1提供了一种由 设置于移动机器人上的条码扫描装置、译码器、电子地图映射表与置于室内环境 中的至少一个条码标签构成的基于条形码的室内移动机器人定位系统和方法。但 该定位方法需要在地面上粘贴条码标签，影响外观，而且地面上的条码标签容易 受到污染，可靠性不高，不适合在机器人餐厅使用。
检索还发现，专利申请号200710168718. l提供了一种由设置平台、设置于 设置平台上的传感器子系统、数据处理子系统与电压转换模块构成的机器人自主 定位系统。但该定位系统只适用于在煤矿、隧道等地下环境工作的机器人，不能 满足餐厅多机器人自动定位的要求。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种机器人餐厅多机器人自动定 位系统，结合机器人餐厅内的实际布局，采用多种定位方式相结合的形式，实现 多机器人的高精度自动定位。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括机器人餐厅中央服务器模
块、若干个服务机器人定位系统模块和无线通讯模块，其中机器人餐厅中央服
务器模块与无线通讯模块相连接并传输全局定位信息并负责对机器人餐厅中的所有服务机器人进行全局定位，若干个服务机器人定位系统模块固定设置于机器 人餐厅的服务机器人上并与无线通讯模块通过无线通信方式相连接以接收全局 定位信息并发送个体定位信息，机器人定位系统模块之间通过无线通信方式相连 接以交换个体定位信息。
所述的全局定位信息包括服务机器人序号、射频定位信息、朝向姿态信息、 当前时间和工作状态。
所述的个体定位信息包括服务机器人序号、双目视觉信息、红外定位信息、 间距信息、射频定位信息和朝向姿态信息和工作状态。
所述的机器人餐厅中央服务器模块，包括全景视觉定位模块、中央服务器 定位信息融合处理模块和人机交互模块，其中全景视觉定位模块与中央服务器 定位信息融合处理模块相连接以传输全局视觉信息并通过拍摄与处理全景图像 确定各个物体的位置，中央服务器定位信息融合处理模块与人机交互模块相连接 以接收控制指令，中央服务器定位信息融合处理模块与无线通讯模块相连接以传 输全局定位信息。
所述的全景视觉定位模块包括全景相机和栅格坐标系，其中全景相机设 置在机器人餐厅屋顶中央并与中央服务器定位信息融合处理模块相连接，栅格坐 标系固定设置于机器人餐厅的地板并与全景相机相对设置。
所述的全景相机对整个机器人餐厅里的物体进行拍摄，并对拍摄的全景图像 进行实时处理，识别出所有的服务机器人与障碍物，从而确定各个物体的具体位 置，生成全局视觉信息。
所述的栅格坐标系是指铺设在机器人餐厅的地板上的两色方形地毯，在栅 格坐标系的中心设有原点地毯，该原点地毯的图案与两色方形地毯不同。
所述的中央服务器定位信息融合处理模块接收无线通讯模块发出的个体定 位信息以及全景视觉定位模块输出的全局视觉信息，对来自各个服务机器人定位 系统模块与全景视觉定位模块的定位信息进行融合处理，减小定位信息的误差， 使各个服务机器人定位更加准确。
所述的服务机器人定位系统模块包括双目视觉定位模块、红外信标定位模 块、红外测距定位模块、射频识别定位模块、陀螺仪定位模块与服务机器人定位 信息融合处理模块，其中双目视觉定位模块、红外信标定位模块、红外测距定 位模块、射频识别定位模块和陀螺仪定位模块分别与服务机器人定位信息融合处理模块相连接并分别独立输出双目视觉信息、红外定位信息、间距信息、射频定 位信息和朝向姿态信息，服务机器人定位信息融合处理模块与无线通讯模块相连 接以传输个体定位信息。
所述的红外信标定位模块，包括红外信标信号发射器与红外信标信号接收 器，其中红外信标信号发射器设置于机器人餐厅中需要服务机器人准确定位的 位置，两个红外信标信号接收器分别设置在服务机器人身体前方左右两侧。该红 外信标定位模块生成红外定位信息并输出至服务机器人定位信息融合处理模块。
所述的红外测距定位模块包括若干红外测距传感器，该红外测距定位模块生 成间距信息并输出至服务机器人定位信息融合处理模块。
所述的射频识别定位模块，包括射频识别读写器和若干射频识别电子标签， 其中若干射频识别电子标签固定设置于机器人餐厅的地板上，射频识别读写器 固定设置于机器人餐厅的服务机器人的底部。该射频识别定位模块生成射频定位 信息并输出至服务机器人定位信息融合处理模块。
所述的陀螺仪定位模块内置陀螺仪，该陀螺仪固定设置于机器人餐厅的服务 机器人上，该陀螺仪定位模块生成朝向姿态信息并输出至服务机器人定位信息融 合处理模块。
所述的陀螺仪定位模块检测服务机器人身体相对地磁场南北极的转动角度， 从而确定服务机器人身体在水平面内的朝向。
所述的服务机器人定位信息融合处理模块接收双目视觉信息、红外定位信 息、间距信息、射频定位信息和朝向姿态信息并对其进行融合处理，减小定位信 息的误差，从而得出关于单个服务机器人的个体定位信息并输出至无限通讯模 块。
所述的无线通讯模块，将机器人餐厅中所有的服务机器人定位系统模块与机 器人餐厅中央服务器模块连接成一个无线局域网。每个服务机器人定位系统模块 通过访问机器人餐厅中央服务器模块可以获取所有服务机器人的全局定位信息， 也能够将自己检测到的定位信息上传到机器人餐厅中央服务器模块。各个服务机 器人定位系统模块也能够通过无线局域网相互访问，获取对方的定位信息。
本发明结合机器人餐厅内的实际布局，采用多种定位方式相结合的形式，通 过融合处理各种定位方式所提供的不同层次的定位信息，实现多机器人的高精度 自动定位。本发明中每个服务机器人都能够独立确定自己的定位信息，而且机器人餐厅中央服务器还能够提供所有服务机器人的全局定位信息，使得本发明的可 靠性非常高。本发明的用途并不局限于机器人餐厅，还可用于展览馆等其他场所。
图l为本发明总体框图。
图2为服务机器人定位系统模块框图。
图3为机器人餐厅示意图。
具体实施例方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下 进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限 于下述的实施例。
如图l所示，本实施例包括机器人餐厅中央服务器模块、若干个服务机器 人定位系统模块和无线通讯模块，其中机器人餐厅中央服务器模块与无线通讯 模块相连接并传输全局定位信息并负责对机器人餐厅中的所有服务机器人进行 全局定位，若干个服务机器人定位系统模块固定设置于机器人餐厅的服务机器人 上并与无线通讯模块通过无线通信方式相连接以接收全局定位信息并发送个体
定位信息，机器人定位系统模块之间通过无线通信方式相连接以交换个体定位信
白
'K、 o
所述的全局定位信息包括服务机器人序号、射频定位信息、朝向姿态信息、 当前时间和工作状态。
所述的个体定位信息包括服务机器人序号、双目视觉信息、红外定位信息、 间距信息、射频定位信息和朝向姿态信息和工作状态。
所述的机器人餐厅中央服务器模块，包括全景视觉定位模块、中央服务器 定位信息融合处理模块和人机交互模块，其中全景视觉定位模块与中央服务器 定位信息融合处理模块相连接以传输全局视觉信息并通过拍摄与处理全景图像 确定各个物体的位置，中央服务器定位信息融合处理模块与人机交互模块相连接 以接收控制指令，中央服务器定位信息融合处理模块与无线通讯模块相连接以传 输全局定位信息。
所述的全景视觉定位模块包括全景相机和栅格坐标系，其中全景相机设 置在机器人餐厅屋顶中央并与中央服务器定位信息融合处理模块相连接，栅格坐 标系固定设置于机器人餐厅的地板并与全景相机相对设置。所述的全景相机对整个机器人餐厅里的物体进行拍摄，并对拍摄的全景图像 进行实时处理，识别出所有的服务机器人与障碍物，从而确定各个物体的具体位 置，生成全局视觉信息。
如图1和图3所示，所述的栅格坐标系是指铺设在机器人餐厅的地板上的 两色方形地毯，在栅格坐标系的中心设有原点地毯，该原点地毯的图案与两色方 形地毯不同。通过判断物体哪块地毯附近，就能够知道物体在栅格坐标系中的坐 标值，从而确定物体在机器人餐厅中的位置。
所述的中央服务器定位信息融合处理模块接收无线通讯模块发出的全局定 位信息以及全景视觉定位模块输出的全局视觉信息，对来自各个服务机器人定位 系统模块与全景视觉定位模块的定位信息进行融合处理，减小定位信息的误差， 使各个服务机器人定位更加准确。
所述的人机交互模块，提供键盘、鼠标、语音识别与触摸屏四种人机交互方 式，使得人机交互变得十分方便。同时，触摸屏上会显示机器人餐厅地图，并在 地图上实时显示障碍物与各个服务机器人当前位置、朝向、移动速度、工作状态 等有关信息，便于用户了解与管理整个机器人餐厅的运行状态。
如图2所示，所述的服务机器人定位系统模块包括双目视觉定位模块、红 外信标定位模块、红外测距定位模块、射频识别定位模块、陀螺仪定位模块与服 务机器人定位信息融合处理模块，其中双目视觉定位模块、红外信标定位模块、 红外测距定位模块、射频识别定位模块和陀螺仪定位模块分别与服务机器人定位 信息融合处理模块相连接并分别独立输出双目视觉信息、红外定位信息、间距信 息、射频定位信息和朝向姿态信息，服务机器人定位信息融合处理模块与无线通 讯模块相连接以传输个体定位信息。
所述的双目视觉定位模块，通过设置在服务机器人头部的双目相机对服务机 器人的周围环境进行拍摄，并对所拍摄图像进行实时处理与识别，便可确定各个 目标点与障碍物相对机器人的位置，生成双目视觉信息并输出至服务机器人定位 信息融合处理模块。如果双目相机拍摄的图像中有机器人餐厅地面栅格坐标系的 原点，那么还能够确定服务机器人在机器人餐厅里的实际位置。
所述的红外信标定位模块，包括红外信标信号发射器与红外信标信号接收 器，其中红外信标信号发射器设置于机器人餐厅中需要服务机器人准确定位的
位置，两个红外信标信号接收器分别设置在服务机器人身体前方左右两侧。该红外信标定位模块生成红外定位信息并输出至服务机器人定位信息融合处理模块。 当服务机器人前往设置有红外信标信号发射器的定位区域时，服务机器人身体前 方左右两侧的红外信标信号接收器都会接收到红外信标信号发射器的信号，根据 两个红外信标信号接收器所接收到的信号强度的不同，可以判断服务机器人相对 红外信标信号发射器的位置。信号越强，表示红外信标信号接收器与红外信标信 号发射器之间的距离越短。根据左右两个红外信标信号接收器的信号强度的不 同，不断调整服务机器人的位置，使机器人始终朝红外信标信号发射器前进，最 终到达指定位置。
所述的红外测距定位模块包括若干红外测距传感器，该红外测距定位模块生 成间距信息并输出至服务机器人定位信息融合处理模块。红外测距传感器的工作 原理是三角测量原理，红外发射器按照一定的角度发射红外光束，当遇到物体以 后光束会反射回来，反射回来的光线被CCD检测器检测到后，会获得一个偏移值， 利用红外发射器、CCD检测器与物体之间的三角几何关系就能够计算出红外测距 传感器到物体的距离。将红外测距传感器设置在服务机器人身体上，可以检测服 务机器人与周围物体之间的距离，当服务机器人与指定物体(例如餐桌)之间的 距离为指定的距离时，使服务机器人停止运动，从而可以很方便地实现服务机器 人的定位。
所述的射频识别定位模块，包括:射频识别读写器和若干射频识别电子标签， 其中若干射频识别电子标签固定设置于机器人餐厅的地板上，射频识别读写器 固定设置于机器人餐厅的服务机器人的底部。该射频识别定位模块生成射频定位 信息并输出至服务机器人定位信息融合处理模块。
所述的射频识别定位模块定位方法如下首先，在整个餐厅的地毯下铺设许 多射频识别电子标签，铺设密度与定位精度要求有关，定位精度要求较高的区域 (例如餐桌附近)，射频识别电子标签的铺设密度要相应提高。然后，使用射频 识别读写器为每一个射频识别电子标签写入其在机器人餐厅地面坐标系中的实
际坐标值。最后，在服务机器人的底部设置射频识别读写器。当服务机器人在机 器人餐厅中移动时， 一旦服务机器人移动到某个射频识别电子标签上方，位于服 务机器人底部的射频识别读写器就能读出这个射频识别电子标签中存储的坐标 值，也就知道了服务机器人当前在机器人餐厅中的坐标值，从而可以实现服务机 器人的精确定位。所述的陀螺仪定位模块内置陀螺仪，该陀螺仪固定设置于机器人餐厅的服务 机器人上，该陀螺仪定位模块生成朝向姿态信息并输出至服务机器人定位信息融 合处理模块。
所述的陀螺仪定位模块检测服务机器人身体相对地磁场南北极的转动角度， 从而确定服务机器人身体在水平面内的朝向。
所述的服务机器人定位信息融合处理模块接收双目视觉信息、红外定位信 息、间距信息、射频定位信息和朝向姿态信息并对其进行融合处理，减小定位信 息的误差，从而得出关于单个服务机器人的个体定位信息并输出至无线通讯模 块。
所述的无线通讯模块，将机器人餐厅中所有的服务机器人定位系统模块与机 器人餐厅中央服务器模块连接成一个无线局域网。每个服务机器人定位系统模块 通过访问机器人餐厅中央服务器模块可以获取所有服务机器人的全局定位信息， 也能够将自己检测到的定位信息上传到机器人餐厅中央服务器模块。各个服务机 器人定位系统模块也能够通过无线局域网相互访问，获取对方的定位信息。
本实施例当多个服务机器人在机器人餐厅中协同工作时，每个服务机器人定 位系统模块通过各自的双目视觉定位模块、红外信标定位模块、红外测距定位模 块、射频识别定位模块、陀螺仪定位模块分别获取双目视觉信息、红外定位信息、 间距信息、射频定位信息和朝向姿态信息，服务机器人定位信息融合处理模块对 上述定位信息进行融合处理，减小定位信息的误差，得出服务机器人的个体定位 信息并输出至无线通讯模块。机器人餐厅中央服务器模块通过全景视觉定位模块 识别出机器人餐厅中所有的服务机器人与障碍物，确定各个物体的具体位置，生 成全局视觉信息。中央服务器定位信息融合处理模块接收无线通讯模块发出的个 体定位信息以及全景视觉定位模块输出的全局视觉信息，融合处理后生成全局定 位信息并发送到无线通讯模块，各个服务机器人通过无线通讯模块获取全局定位
f曰息。
本实施例用户通过人机交互模块可以査看障碍物与各个服务机器人的当前 位置、朝向、移动速度、工作状态等有关信息，并对各个服务机器人进行实时控 制。
权利要求
1、一种机器人餐厅多机器人自动定位系统，其特征在于，包括机器人餐厅中央服务器模块、若干个服务机器人定位系统模块和无线通讯模块，其中机器人餐厅中央服务器模块与无线通讯模块相连接并传输全局定位信息并负责对机器人餐厅中的所有服务机器人进行全局定位，若干个服务机器人定位系统模块固定设置于机器人餐厅的服务机器人上并与无线通讯模块通过无线通信方式相连接以接收全局定位信息并发送个体定位信息，机器人定位系统模块之间通过无线通信方式相连接以交换个体定位信息；所述的全局定位信息包括服务机器人序号、射频定位信息、朝向姿态信息、当前时间和工作状态；所述的个体定位信息包括服务机器人序号、双目视觉信息、红外定位信息、间距信息、射频定位信息和朝向姿态信息和工作状态。
2、 根据权利要求l所述的机器人餐厅多机器人自动定位系统，其特征是， 所述的机器人餐厅中央服务器模块，包括全景视觉定位模块、中央服务器定位 信息融合处理模块和人机交互模块，其中全景视觉定位模块与中央服务器定位 信息融合处理模块相连接以传输全局视觉信息并通过拍摄与处理全景图像确定 各个物体的位置，中央服务器定位信息融合处理模块与人机交互模块相连接以接 收控制指令，中央服务器定位信息融合处理模块与无线通讯模块相连接以传输全 局定位信息。
3、 根据权利要求2所述的机器人餐厅多机器人自动定位系统，其特征是， 所述的全景视觉定位模块包括全景相机和栅格坐标系，其中全景相机设置在 机器人餐厅屋顶中央并与中央服务器定位信息融合处理模块相连接，栅格坐标系 固定设置于机器人餐厅的地板并与全景相机相对设置。
4、 根据权利要求3所述的机器人餐厅多机器人自动定位系统，其特征是， 所述的全景相机对整个机器人餐厅里的物体进行拍摄，并对拍摄的全景图像进行 实时处理，识别出所有的服务机器人与障碍物，从而确定各个物体的具体位置， 生成全局视觉信息。
5、 根据权利要求3所述的机器人餐厅多机器人自动定位系统，其特征是，所述的栅格坐标系是指铺设在机器人餐厅的地板上的两色方形地毯，在栅格坐 标系的中心设有原点地毯，该原点地毯的图案与两色方形地毯不同。
6、 根据权利要求l所述的机器人餐厅多机器人自动定位系统，其特征是， 所述的服务机器人定位系统模块包括双目视觉定位模块、红外信标定位模块、 红外测距定位模块、射频识别定位模块、陀螺仪定位模块与服务机器人定位信息 融合处理模块，其中双目视觉定位模块、红外信标定位模块、红外测距定位模 块、射频识别定位模块和陀螺仪定位模块分别与服务机器人定位信息融合处理模 块相连接并分别独立输出双目视觉信息、红外定位信息、间距信息、射频定位信 息和朝向姿态信息，服务机器人定位信息融合处理模块与无线通讯模块相连接以 传输个体定位信息。
7、 根据权利要求6所述的机器人餐厅多机器人自动定位系统，其特征是， 所述的服务机器人定位系统模块，其红外信标定位模块，包括红外信标信号发射器与红外信标信号接收器， 其中红外信标信号发射器设置于机器人餐厅中需要服务机器人准确定位的位 置，两个红外信标信号接收器分别设置在服务机器人身体前方左右两侧，该红外 信标定位模块生成红外定位信息并输出至服务机器人定位信息融合处理模块；其红外测距定位模块包括若干红外测距传感器，该红外测距定位模块生成间 距信息并输出至服务机器人定位信息融合处理模块；其射频识别定位模块，包括射频识别读写器和若干射频识别电子标签，其 中若干射频识别电子标签固定设置于机器人餐厅的地板上，射频识别读写器固 定设置于机器人餐厅的服务机器人的底部，该射频识别定位模块生成射频定位信 息并输出至服务机器人定位信息融合处理模块；其陀螺仪定位模块内置陀螺仪，该陀螺仪固定设置于机器人餐厅的服务机器 人上，该陀螺仪定位模块生成朝向姿态信息并输出至服务机器人定位信息融合处 理模块。
8、 根据权利要求6所述的机器人餐厅多机器人自动定位系统，其特征是， 所述的服务机器人定位信息融合处理模块接收双目视觉信息、红外定位信息、间 距信息、射频定位信息和朝向姿态信息并对其进行融合处理，减小定位信息的误 差，从而得出关于单个服务机器人的个体定位信息并输出至无限通讯模块。
全文摘要
一种定位领域的机器人餐厅多机器人自动定位方法，包括机器人餐厅中央服务器模块、多个服务机器人定位系统模块与无线通讯模块。机器人餐厅中央服务器模块负责对机器人餐厅中的所有服务机器人进行全局定位。机器人餐厅中的每台迎宾机器人与送菜机器人都配置有服务机器人定位系统，能够结合多种定位方式独立确定自己的位置。机器人餐厅中的所有服务机器人定位系统模块都能够通过无线通讯模块与机器人餐厅中央服务器模块或其他服务机器人定位系统模块进行关于定位信息的通讯。本发明结合机器人餐厅内的实际布局，采用多种定位方式相结合的形式，实现多机器人的高精度自动定位。本发明还可用于展览馆等其他场所。
文档编号G01S5/02GK101661098SQ20091019543
公开日2010年3月3日 申请日期2009年9月10日 优先权日2009年9月10日
发明者于清晓, 庄 付, 翟嘉心, 赵言正 申请人:上海交通大学