导游机器人的自定位系统的制作方法
【专利摘要】公开一种导游机器人的自定位系统，包括电源管理模块，微控器，人机界面模块，行走驱动模块，障碍物检测模块和语音识别及合成模块，所述的人机界面模块，行走驱动模块，障碍物检测模块和语音识别及合成模块与所述的微控器连接，还包括与所述的微控器连接的惯性定位模块，进行大范围自定位的图像识别模块和进行定点校正的路标识别模块。所述的惯性定位模块，设置进行位移和旋转角度计算的双编码器定位系统和进行旋转角度计算的电子陀螺仪。所述的路标识别模块设置磁感应识别装置，或者设置红外识别装置。所述的图像识别模块，设置单个摄像头，或者设置两个光轴相互平行的摄像头。
【专利说明】导游机器人的自定位系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种导游机器人的自定位系统，属于移动机器人【技术领域】。
【背景技术】
[0002]移动机器人的自定位问题一直是一个技术难题，到目前也没有得到妥善解决。但是这个问题又是一个必须面对的问题，因为移动机器人要完成设定的任务必须知道自己在工作环境中的位置。传统的惯性导航方法，比如编码器定位、加速度传感器等，虽然具有成本低廉，技术成熟的优点，但是无法消除的累计误差，随着时间的推移，误差会越来越大，最后数据无法使用。而目前最先进的全球定位系统GPS，虽然没有累计误差的困扰，但是存在系统误差，比如卫星和接收机的时钟差，星历误差，电离层和对流层的延迟误差等，导致GPS定位数据存在10米左右的定位误差。并且对于室内应用的移动机器人，由于信号的屏蔽，全球定位系统GPS无法正常工作。另外，基于图像识别的定位方法，随着计算机技术和成像技术的发展，逐步发展起来并取得一定成功。但是这种方法容易环境光线和环境变化的影响，容易发生定位失效。因此，不能单独依赖某种定位方法，而应该利用多种定位方法的性能优势，相互融合以获得稳定的定位数据。
【发明内容】
[0003]本实用新型提供一种导游机器人的自定位系统，包括惯性定位模块、图像识别模块和路标识别模块，可相互校正误差，实现更加稳定的定位性能。
[0004]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0005]导游机器人的自定位系统，包括提供稳定电源的电源管理模块，进行集中处理的微控器，进行状态显示和界面操作的人机界面模块，进行自由移动的行走驱动模块，进行环境障碍物检测的障碍物检测模块和可识别语音信号并合成输出语音信号的语音识别及合成模块，所述的人机界面模块，行走驱动模块，障碍物检测模块和语音识别及合成模块与所述的微控器连接，所述的行走驱动模块控制左驱动电机和右驱动电机的旋转方向和旋转速度，所述的左驱动电机上安装左编码器，所述的右驱动电机上安装右编码器，还包括进行局部范围自定位的惯性定位模块，所述的惯性定位模块与所述的微控器连接；还包括进行大范围自定位的图像识别模块，所述的图像识别模块与所述的微控器连接；还包括进行定点校正的路标识别模块，所述的路标识别模块与所述的微控器连接。
[0006]所述的惯性定位模块，设置进行位移和旋转角度计算的双编码器定位系统和进行旋转角度计算的电子陀螺仪。
[0007]所述的路标识别模块设置磁感应识别装置，识别采用磁铁，磁钢和磁条设置的路标。
[0008]所述的路标识别模块设置红外识别装置，识别采用红外线设置的路标。
[0009]所述的图像识别模块，设置单个摄像头。
[0010]所述的图像识别模块，设置两个光轴相互平行的摄像头。[0011]本实用新型的有益效果主要表现在:1、惯性定位模块、图像识别模块和路标识别 模块都能独立工作；2、惯性定位模块、图像识别模块和路标识别模块可以相互校正误差，实 现相对稳定的定位性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是导游机器人的自定位系统的系统框图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图对本实用新型作进一步描述。
[0014]参照图1，导游机器人的自定位系统，包括提供稳定电源的电源管理模块2，进行 集中处理的微控器1，进行状态显示和界面操作的人机界面模块3，进行自由移动的行走驱 动模块4，进行环境障碍物检测的障碍物检测模块6和可识别语音信号并合成输出语音信 号的语音识别及合成模块5，所述的人机界面模块3，行走驱动模块4，障碍物检测模块6和 语音识别及合成模块5与所述的微控器I连接。
[0015]所述的电源管理模块2为系统提供各种电压水平的稳定电源，还在充电过程各种 负责进行充电管理。如果电压不足立即进行充电；充电过程中，所述的电源管理模块2负责 控制充电电流和判断充电结束。
[0016]所述的人机界面模块3进行状态显示和用户指令的输入，以及各种信息的显示， 包括液晶显示屏、LED灯、蜂鸣器、喇叭、按键及触摸屏。
[0017]所述的行走驱动模块4用于控制左驱动电机和右驱动电机的旋转方向和旋转速 度。所述的左驱动电机和右驱动电机带动两个驱动轮旋转，从而驱动导游机器人以任意轨 迹移动。所述的左驱动电机上安装左编码器，所述的右驱动电机上安装右编码器。
[0018]所述的语音识别及合成模块5负责识别语音信号，也就是说听懂人说话，从中提 取指令，相反地，还可以通过语音合成功能，将一些信息通过语音输出，也就是模拟人说话。
[0019]所述的障碍物检测模块6负责检测工作环境的障碍物情况，用于导游机器人的路 径规划和避障。可采用超声波传感器，红外测距传感器，激光雷达传感器，或者其中的任意 组合。
[0020]还包括进行局部范围自定位的惯性定位模块7，所述的惯性定位模块7与所述的 微控器I连接。所述的惯性定位模块7，设置进行位移和旋转角度计算的双编码器定位系统 和进行旋转角度计算的电子陀螺仪。
[0021]所述的双编码器定位系统连接所述的左编码器和右编码器。所述的双编码器定位 系统具有随时间不断增加的累计误差，比如打滑引起的误差、计算近似误差以及结构尺寸 的舍入误差。而所述的电子陀螺仪累计计算导游机器人的旋转角度，可校正所述的双编码 器定位系统的误差。所述的双编码器定位系统和电子陀螺仪的配合使用可降低导游机器人 的定位误差。
[0022]还包括进行大范围自定位的图像识别模块8，所述的图像识别模块8与所述的微 控器I连接。所述的图像识别模块8可以获得丰富的环境信息，信息量很大，可以识别固定 模式的图案，也可以计算场景的距离。所述的图像识别模块8，设置单个摄像头。这种方式 下，该摄像头获取环境的图像信息，从中提取出具有固定位置的图案，从而得到距离该图案的距离和角度。所述的图像识别模块8，也可以设置两个光轴相互平行的摄像头，通过这两个摄像头可以获得具有一定视差的场景图像，通过计算获得视差数值以后，可以根据这两个摄像头的距离和焦距，计算场景的距离信息，然后根据概率统计计算导游机器人可能所在的位置。因为环境中存在人员走动和局部场景变化，或者在某个视觉死角，所述的图像识别模块8也会定位失效。
[0023]为了完成引导任务，需要在某些位置实现更加精确的定位效果，比如进行电力补充的充电站，迎宾的起始点和需要进行景点讲解的位置。因此还包括进行定点校正的路标识别模块9，所述的路标识别模块9与所述的微控器I连接。在特定位置上设置路标，导游机器人识别以后就能确定精确的位置。所述的路标识别模块9设置磁感应识别装置，识别采用磁铁，磁钢和磁条设置的路标，也可以设置红外识别装置，识别采用红外线设置的路标。
[0024]综上所述，提供一种导游机器人的自定位系统，包括惯性定位模块、图像识别模块和路标识别模块，每种检测方法都具有一定的局限性，但是相互校正误差，数据相互融合，可实现更加稳定的定位性能，完成导游机器人的工作任务。
【权利要求】
1.导游机器人的自定位系统，包括提供稳定电源的电源管理模块，进行集中处理的微 控器，进行状态显示和界面操作的人机界面模块，进行自由移动的行走驱动模块，进行环境 障碍物检测的障碍物检测模块和可识别语音信号并合成输出语音信号的语音识别及合成 模块，所述的人机界面模块，行走驱动模块，障碍物检测模块和语音识别及合成模块与所述 的微控器连接，所述的行走驱动模块控制左驱动电机和右驱动电机的旋转方向和旋转速 度，所述的左驱动电机上安装左编码器，所述的右驱动电机上安装右编码器，其特征在于: 还包括进行局部范围自定位的惯性定位模块，所述的惯性定位模块与所述的微控器连接； 还包括进行大范围自定位的图像识别模块，所述的图像识别模块与所述的微控器连接；还 包括进行定点校正的路标识别模块，所述的路标识别模块与所述的微控器连接。
2.如权利要求1所述的导游机器人的自定位系统，其特征在于:所述的惯性定位模块， 设置进行位移和旋转角度计算的双编码器定位系统和进行旋转角度计算的电子陀螺仪。
3.如权利要求1所述的导游机器人的自定位系统，其特征在于:所述的路标识别模块 设置磁感应识别装置，识别采用磁铁，磁钢和磁条设置的路标。
4.如权利要求1所述的导游机器人的自定位系统，其特征在于:所述的路标识别模块 设置红外识别装置，识别采用红外线设置的路标。
5.如权利要求1所述的导游机器人的自定位系统，其特征在于:所述的图像识别模块， 设置单个摄像头。
6.如权利要求1所述的导游机器人的自定位系统，其特征在于:所述的图像识别模块， 设置两个光轴相互平行的摄像头。
【文档编号】G05D1/02GK203444335SQ201320551821
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年8月30日 优先权日:2013年8月30日
【发明者】陆溪, 杜慧江, 刘瑜 申请人:浙江理工大学