移動機器人位置計算系統和充電站返回系統及其使用方法
2023-04-25 17:53:36
專利名稱：移動機器人位置計算系統和充電站返回系統及其使用方法
技術領域：
本發明涉及移動機器人，尤其涉及移動機器人的位置計算系統和充電站返回系統及其使用方法，其中，位置計算系統能夠使用無線信號精確的計算無線信號源的位置，而且充電站返回系統允許移動機器人使用計算的位置精確的和快速的返回到充電站。
背景技術：
已經被開發成工業機器人的機器人已經被用作工廠自動化的一部分。此外，使用機器人來代替人類在人類無法忍受的極端環境中以便收集或獲取所需的信息。隨著機器人應用到高技術空間的發展工業，機器人技術領域更飛速的發展。近年來，機器人技術領域已經開發了與人友善的家用機器人，其代表性的例子是清潔機器人。
清潔機器人是一種類型的移動機器人，是自由地圍繞著定義的清潔區域比如房屋或辦公室移動的一種設備，並吸收灰塵或雜質。清潔機器人包括普通的真空清潔器組件以及其他的組件。在此，所述的其他組件包括行進設備，用於使清潔機器人行進；多個傳感器，用於檢測清潔機器人的碰撞以防止清潔機器人與各種障礙物碰撞；和微處理器，用於控制上述的清潔機器人的部件等等。為在清潔區域中自由地移動，清潔機器人通過電池提供驅動電力。
另一方面，清潔機器人具有自動充電功能以方便用戶。在實現自動充電功能中，清潔機器人檢查電池中的剩餘的電力電平。如果電池的剩餘電力電平低於參考值，清潔機器人自動地返回到位於清潔區域中預定位置上的充電站，對電池充電，並重新開始相應的操作。
然而，用於清潔機器人的常規的充電站自動返回方法是把人工標記附到充電站的一種方法，當清潔機器人通過隨機行進，檢測到附於充電站的標記時，確定充電站的位置，並接著允許清潔機器人返回到充電站。
此外，常規的充電站自動返回方法具有的問題是，為了允許清潔機器人檢測附著到充電站的人工標記，充電站必須被安裝在其中放置了清潔機器人的相同的區域中，並且在清潔機器人和充電站之間不存在障礙物。
例如，在充電站被放置在起居室同時清潔機器人被放置在不同的房間的情況下，由於諸如牆壁的障礙物清潔機器人不能檢測到附著到充電站的人工標記，則不能允許清潔機器人正常的返回到充電站。
發明內容
因此，本發明針對上述問題，本發明的一個目的是提供一種用於移動機器人的位置計算系統，其經多個定向天線通過檢測經無線信號源輸出的無線信號，能夠計算無線信號源的方向，並使用檢測無線信號的定向天線之間的無線信號檢測時間差，計算無線信號源和移動機器人之間的距離。
本發明的另一個目的是提供一種充電站返回系統及其使用方法，通過在充電站中安排無線信號源，使用基於無線信號計算的方向信息和距離信息，當移動機器人自動地返回到充電站時，能夠允許移動機器人更有效的返回到充電站。
根據本發明的一個方面，可以通過提供一種用於移動機器人的位置計算系統來實現上述的和其他的目的，該系統包括無線信號源，用於連續的或周期的輸出無線信號；和包括多個定向天線的移動機器人，該天線用於檢測通過無線信號源輸出的無線信號，其中，移動機器人經定向天線檢測的旋轉角度來計算無線信號源的方向，並使用定向天線之間的無線信號檢測時間差來計算離無線信號源的距離。
根據本發明的另一個方面，提供了一種使移動機器人返回到充電站的系統，該系統包括充電站，用於連續的或周期的輸出無線信號；和移動機器人，其至少包括兩個定向天線，用於檢測通過充電站輸出的無線信號，其中，當移動機器人的電池中的剩餘的電力電平低於預定值時，使用通過定向天線檢測的充電站的方向並使用定向天線之間的無線信號檢測時間差，移動機器人計算有關移動機器人距充電站的距離信息，並基於該距離信息返回到充電站。
根據本發明的又一個方面，提供了使機器人返回到充電站的方法，其中移動機器人包括位置信息計算單元和充電站返回處理單元，該方法包括步驟a)使用定向天線檢測無線信號，其中該無線信號從充電站輸出；b)計算充電站的方向信息以及充電站和移動機器人之間的距離信息，和輸出計算的方向信息和距離信息，其中位置信息計算單元使用檢測的無線信號來計算方向信息和距離信息；c)使機器人返回到充電站，其中充電站返回處理單元允許移動機器人基於通過位置信息計算單元輸出的方向信息和距離信息來返回到充電站。
因此，本發明提供了用於移動機器人的位置計算系統，其中，由於移動機器人檢測通過無線信號源輸出的無線信號，根據無線信號源位置計算方向信息，並利用定向天線之間的無線信號檢測時間差計算距離信息，即使在移動機器人和無線信號源之間存在障礙物，也能夠精確的計算無線信號源的位置。
此外，本發明提供了充電站返回系統及其使用方法，其中，如果無線信號源是充電站，通過計算方向信息和距離信息，即使在移動機器人和充電站之間存在障礙物，也能夠精確的計算充電站位置，並且當電池中的剩餘的電力電平較低時，允許移動機器人有效的返回到充電站。
從下面結合附圖得到的詳細描述中，將更清楚地理解本發明的上述和其他目的、特徵和其他優點，在附圖中圖1是示例了根據本發明優選實施例的用於移動機器人的位置計算系統的示意圖；圖2是示例了作為圖1的移動機器人的一個例子的清潔機器人的結構示意方框圖；圖3是示例了圖2的清潔機器人和無線信號源之間每個移動距離的無線信號檢測時間差的示意圖；圖4是示例了根據本發明優選實施例的用於移動機器人的充電站返回系統的示意圖；圖5是作為圖4的充電站返回系統中的移動機器人的一個例子的清潔機器人的結構示意方框圖；和圖6是示例了根據本發明優選實施例的用於清潔機器人的充電站返回方法的示意流程圖。
具體實施例方式
現在，將結合參考附圖詳細描述本發明的優選實施例。
圖1是示例了根據本發明優選實施例的用於移動機器人的位置計算系統的示意圖。
如該圖所示，根據本發明優選實施例的用於移動機器人的位置計算系統包括安排在固定地點上的無線信號源10，用於連續的或周期的輸出無線信號；和移動機器人100，其包括多個定向天線160，用於檢測通過無線信號源10輸出的無線信號，其中，移動機器人100通過由定向天線160檢測的旋轉角度來計算無線信號源10的方向，並使用定向天線160之間的無線信號檢測時間差來計算距無線信號源10的距離。
無線信號源10是一種無線信號傳輸設備。例如，無線信號源10可以是用於無線通信中的接入點(AP)，並連同移動機器人100一起提供。最好是，將無線信號源10安裝在定向天線160的相同高度上，以便允許定向天線160容易地檢測無線信號源10，而且，例如，無線信號源10可以是移動機器人100的充電站。無線信號源10連續地或周期地以預定頻率帶寬輸出無線信號。
移動機器人100至少包括兩個定向天線160，用於檢測通過無線信號源10輸出的無線信號。移動機器人100每個時間間隔以預定的速度旋轉，並經定向天線160檢測無線信號。此外，根據本發明的移動機器人100僅通過經定向天線160檢測無線信號，來計算無線信號源10的方向，以及移動機器人100和無線信號源10之間的距離。儘管常規的系統通過對無線信號經過障礙物時被衰減和反射的總體情況進行建模，基於無線信號的強度來計算無線信號源的方向和距離，而根據本發明的系統只通過檢測無線信號來計算方向和距離。因此，根據本發明的系統比常規的系統能更快地執行操作處理。
圖2是示例了作為圖1的移動機器人的例子的清潔機器人的結構示意方框圖。
如該圖所示，根據本發明優選實施例的清潔機器人100包括常規清潔機器人的普通基礎結構。除此之外，該清潔機器人包括兩個或更多的定向天線160，用於檢測通過圖1的無線信號源10輸出的無線信號，它們被安裝在清潔機器人100的前面上；存儲器170，用於存儲清潔機器人100的操作程序，包括距離信息映射表171和位置信息資料庫172，其中距離信息映射表171被用於根據定向天線160之間的無線信號檢測時間差來映射距離信息，位置信息資料庫172存儲有關清潔機器人100距無線信號源10的距離信息和方向信息；和微處理器150，用於控制清潔機器人100的全部部件，包括行進控制單元151，用於根據控制信號來控制清潔機器人100的行進。
首先，清潔機器人100的普通基礎結構包括灰塵檢測傳感器。此外，普通的清潔機器人的基礎結構進一步包括吸入單元110，用於吸入由灰塵檢測傳感器檢測的灰塵或雜質；灰塵容納單元120，用於容納吸入單元110收集的灰塵或雜質；行進單元130，用於基於提供的控制信號來使清潔機器人100行進，其中行進單元130包括左輪馬達131和右輪馬達132；電池140，用於提供電源電壓到吸入單元110和行進單元130；和微處理器150，用於控制上述的部件。將省略清潔機器人的普通基礎結構的詳細描述，因為這些都是公知的。
定向天線160是一種被設計通過在特定方向角度內形成射束而具有方向範圍的天線。此外，定向天線160是一種天線，其被設計成通過將反射板附著到全向天線的後側而只在特定方向中允許無線電波傳播。
例如，應用於本發明的定向天線160可以是垂直波束寬度很窄的定向天線，其中垂直波束寬度是垂直平面中的半功率波束寬度。特別的是，優選地定向天線的垂直波束寬度低於20°。由於定向天線在相同平面中規則的安排多個半波偶極子，並提供相同的功率給每個偶極子，定向天線可以在期望的方向中具有靈敏的方向特性，並具有高增益。
定向天線160檢測通過無線信號源10連續或周期的輸出的具有預定頻率帶寬的無線信號，並把無線信號發射到微處理器150。
存儲器170包括非易失性存儲器，比如EEPROM(電可擦除可編程只讀存儲器)、快閃記憶體等等，能夠寫和讀，並存儲用於驅動清潔機器人100的操作程序和有關驅動的數據。根據本發明一個方面的存儲器170包含距離信息映射表171和位置信息資料庫172，其中距離信息映射表171用於根據定向天線160之間的無線信號檢測時間差來映射距離信息，而位置信息資料庫172存儲有關清潔機器人100距無線信號源10的距離信息和方向信息。經微處理器150來控制訪問存儲在存儲器170中的數據。
微處理器150控制清潔機器人100的全部部件，並包括行進控制單元151，用於基於控制信號來控制驅動單元130的行進；和位置信息計算單元152，用於計算無線信號源10相對於清潔機器人100的距離信息和方向信息，並在位置信息資料庫172中存儲計算的距離信息和方向信息，其中位置信息計算單元152輸出控制信號到行進控制單元151，以便每個時間間隔以預定的速度旋轉清潔機器人100。此時，位置信息計算單元152基於由定向天線160檢測的無線信號的旋轉角度來計算方向信息，通過訪問距離信息映射表171來計算清潔機器人100的距離信息，以便獲得與通過定向天線160輸出的無線信號的檢測時間差相應的距離信息，並在位置信息資料庫172中存儲計算的方向信息和距離信息。
行進控制單元151控制行進單元130，該行進單元130用於根據通過清潔機器人100的操作程序輸出的控制信號來使清潔機器人100行進。
位置信息計算單元152輸出控制信號到行進控制單元151以使清潔機器人100以預定速度旋轉，並在每個時間間隔計算清潔機器人100的位置。同時，位置信息計算單元152輸出驅動命令到定向天線160。因此，基於行進控制單元151的控制，清潔機器人100旋轉，並與此同時，定向天線160檢測無線信號和根據檢測結果來輸出檢測信號。
當位置信息計算單元152從多個定向天線160的任意一個接收檢測信號時，位置信息計算單元152使用清潔機器人100的旋轉角度來計算其中放置了無線信號源10的方向。與此同時，計算的方向信息被存儲在存儲器170的位置信息資料庫172中，並當在下一個時間間隔計算無線信號源10的位置時，被設置為旋轉開始方向。因此，通過使用先前計算的方向作為參考方向，能夠快速的計算無線信號源10的位置。
此外，在位置信息計算單元152從多個定向天線160的任意一個接收方向信號之後，位置信息計算單元152測量到下一個定向天線輸出檢測信號所經過的時間。這是為了測量無線信號源10和清潔機器人100之間的距離。參考圖3，下面將詳細解釋。
圖3是示例了圖2的清潔機器人和無線信號源之間的每個移動距離的無線信號檢測時間差的示意圖。
如該圖所示，當兩個檢測信號之間的檢測時間差很大時，則表示無線信號源10靠近清潔機器人100。原因是因為，當無線信號源10遠離定向天線160時檢測區域變寬，而當無線信號源10靠近定向天線160時檢測區域變窄。就是說，在短距離中，由於電磁能量直線傳播檢測區域變窄，並因此，兩個檢測信號的時間差變大。
此外，當兩個檢測信號之間的檢測時間差變小時，表示無線信號源10遠離清潔機器人100。由於無線信號源10遠離清潔機器人100，在定向天線160的檢測區域中檢測無線信號源10，並因此，兩個檢測信號的時間差是小的。
此外，經存儲器170的距離信息映射表171來計算相應於通過定向天線160接收的檢測時間差的距離信息。位置信息計算單元152計算通過定向天線160接收的檢測時間差，並訪問存儲器170的距離信息映射表171以獲得相應於檢測時間差的距離信息。在此，距離信息映射表171是其中存儲根據本發明的實驗所獲取的值的表。
位置信息計算單元152在位置信息資料庫172中存儲方向信息和距離信息，其中當清潔機器人100旋轉時，經由定向天線160首次檢測的旋轉角度來計算無線信號源10的方向，並通過使用定向天線160之間的檢測時間差來計算清潔機器人100和無線信號源10之間的距離。
由於清潔機器人100檢測通過無線信號源10輸出的無線信號，根據無線信號源10的位置計算方向信息，並使用定向天線160之間的無線信號檢測時間差計算距離信息，即使清潔機器人100和無線信號源10之間存在障礙物，也能夠精確的計算無線信號源的位置。
圖4是示例了根據本發明優選實施例的用於移動機器人的充電站返回系統的示意圖。
如該圖所示，根據本發明優選實施例的用於移動機器人的充電站返回系統包括充電站20，用於連續或周期的輸出無線信號；和移動機器人100，其包括多個定向天線160，用於檢測通過充電站20輸出的無線信號，其中，當移動機器人100的電池140中的剩餘的電力電平低於預定值時，使用定向天線160檢測的無線信號源的方向和使用定向天線160之間的無線信號檢測時間差，移動機器人100計算有關移動機器人100距充電站20的距離信息，並基於該距離信息返回到充電站20。
充電站20對提供驅動移動機器人100所需的電力的電池140充電，並包括發射由移動機器人100的定向天線160檢測的無線信號的電路。充電站20連續的或周期的發射具有預定頻率帶寬的無線信號。將省略無線信號發射電路的詳細描述，因為這是公知的。
現在，將參考圖5解釋根據本發明的作為一種類型的移動機器人的清潔機器人。
圖5是示例了作為圖4的充電站返回系統中的移動機器人的例子的清潔機器人的結構示意方框圖。
如該圖所示，根據本發明實施例的清潔機器人100包括驅動單元130，用於使清潔機器人100行進，其包括左輪馬達131和右輪馬達132；電池電壓檢測電路180，用於在每個時間間隔檢測清潔機器人100中的電池140的電壓，和當檢測的電池電壓低於參考值時輸出充電請求信號；存儲器170，用於存儲清潔機器人100的操作程序，和包括距離信息映射表171，用於基於定向天線160之間的無線信號檢測時間差來映射充電站20和清潔機器人100之間的距離；和微處理器150，用於控制清潔機器人100的全部部件，和包括行進控制單元151、位置信息計算單元152和充電站返回處理單元153，其中行進控制單元151基於控制信號來控制驅動單元130的行進，位置信息計算單元152輸出控制信號到行進控制單元151，以便當接收到充電請求信號時在每個時間間隔以預定的速度旋轉清潔機器人100，計算充電站相對於離開充電站20的清潔機器人100的距離信息和方向信息，並輸出計算的距離信息和方向信息，而充電站返回處理單元153輸出控制信號到行進控制單元152，以便基於通過位置信息計算單元152輸出的所計算的距離信息和方向信息，使移動機器人返回到充電站。
將省略根據本發明的充電站返回系統的移動機器人100的構造中與圖2相同部件的描述。就是說，將描述圖5的電池電壓檢測電路180和微處理器150，其中該電池電壓檢測電路180用於在每個時間間隔檢測清潔機器人100中的電池140的電壓，並且當檢測的電池電壓低於參考值時，輸出充電請求信號。
電池電壓檢測電路100通過預定的電阻比率劃分從電池140提供的電壓，並輸出劃分的檢測電壓，其中電池140嵌入在清潔機器人100中並提供驅動電壓給清潔機器人100。微處理器150根據通過電池電壓檢測電路180輸出的檢測電壓的電平顯示用於表示電池140的剩餘電力電平的棒條。此外，電池電壓檢測電路180比較從電池140檢測的電壓和足夠驅動清潔機器人100的並存儲在存儲器170中的參考電壓值，當檢測電壓低於參考電壓值時輸出充電請求信號到微處理器150。
微處理器150控制清潔機器人100的全部部件，並包括行進控制單元151、位置信息計算單元152和充電站返回處理單元153，其中行進控制單元151基於控制信號來控制驅動單元130的行進，和位置信息計算單元152輸出控制信號給行進控制單元151，以便當接收到充電請求信號時在每個時間間隔以預定的速度旋轉清潔機器人100，並計算有關離開充電站20的清潔機器人100的方向信息，計算通過定向天線160接收的檢測時間差，和訪問存儲器中的距離信息映射表171以獲得相應於時間差的距離信息，並輸出計算的距離信息和方向信息，而充電站返回處理單元153輸出控制信號給行進控制單元151，以便使清潔機器人基於通過位置信息計算單元152輸出的所計算的距離信息和方向信息返回到充電站20。
行進控制單元151根據通過清潔機器人100的操作程序輸出的控制信號來控制用於使清潔機器人100行進的行進單元130。
位置信息計算單元152接收通過電池電壓檢測單元180輸出的充電請求信號，輸出控制信號給行進控制單元151，以便以預定速度旋轉清潔機器人100，並在每個時間間隔計算清潔機器人100的位置。與此同時，位置信息計算單元152輸出驅動命令到定向天線160。因此，基於行進控制單元151的控制，清潔機器人100旋轉，並與此同時，定向天線160檢測無線信號並根據檢測結果輸出檢測信號。
當位置信息計算單元152從多個定向天線160的任何一個接收檢測信號時，位置信息計算單元152使用清潔機器人100的旋轉角度計算其中放置了充電站20的方向。此時，將計算的檢測信息存儲在存儲器170的位置信息資料庫172中，並在計算下一個時間間隔充電站20的位置時，將其設置為旋轉開始方向。這樣，通過使用先前計算的方向作為參考方向，能夠快速的計算充電站的位置。
此外，在位置信息計算單元152從多個定向天線160的任意一個接收檢測信號時，位置信息計算單元152測量到下一個定向天線輸出檢測信號所經過的時間。這是為了測量充電站20和清潔機器人100之間的距離。
位置信息計算單元152計算通過定向天線160接收的檢測時間差，和訪問存儲器中的距離信息映射表171以獲得相應於該時間差的距離信息。在此，距離信息映射表171是一個表，其存儲根據本發明的實驗所獲得的值。
位置信息計算單元152輸出方向信息和距離信息到充電站返回處理單元153，其中通過當清潔機器人100旋轉時，經定向天線160首先檢測的旋轉角度來計算充電站20的方向，和通過使用定向天線160之間的檢測時間差來計算清潔機器人100和充電站20之間的距離。
充電站返回處理單元153使用通過位置信息計算單元152輸出的充電站20的計算的距離信息和方向信息，輸出控制信號到行進控制單元151。因此，充電站返回處理單元153根據輸入到行進控制單元151的控制信號來驅動行進單元130，並使清潔機器人返回到充電站20。
因此，由於清潔機器人100檢測通過充電站20輸出的無線信號，根據充電站位置計算方向信息，和使用定向天線160之間的無線信號檢測時間差來計算距離信息，即使清潔機器人100和充電站20之間存在障礙物，也能夠精確的計算充電站的位置，並使清潔機器人100有效的返回到充電站20。
圖6是示例了根據本發明優選實施例的清潔機器人的充電站返回方法的示意流程圖。
參考圖6，首先，當用戶輸入了用於驅動其充滿了電的清潔機器人的命令時，例如，用戶輸入位於清潔機器人100上的輸入按鈕或遙控器的輸入按鈕(S101)，操作程序根據驅動命令輸出控制信號到行進控制單元151。接著，清潔機器人100開始在清潔區域中隨機的行進，並通過驅動吸入單元110執行清潔功能(S103)。
接著，每個時間間隔，清潔機器人100的電池電壓檢測單元180檢測電池140的電壓，以便根據電池140中剩餘的電力電平確定自動充電時間。電池電壓檢測單元180比較檢測的電壓與存儲在存儲器170中的參考電壓值，並當檢測的電壓低於參考電壓值時，輸出充電請求信號到微處理器150的位置信息計算單元152。
微處理器150的位置信息計算單元152確定是否接收了充電請求信號(S105)，當接收了充電請求信號時，位置信息計算單元152輸出控制信號給行進控制單元151，並且行進控制單元151使清潔機器人100以預定的速度旋轉，以便計算清潔機器人100的位置。此外，位置信息計算單元152輸出用於驅動定向天線160的命令(S107)。這樣，清潔機器人100在行進控制單元151的控制下旋轉，且與此同時，定向天線160檢測無線信號並根據檢測結果輸出檢測信號。
當位置信息計算單元152接收通過任何一個定向天線160輸出的檢測信號時(S109)，位置信息計算單元152使用清潔機器人100的旋轉角度計算其中充電站20所定位的方向(S111)。
此外，在位置信息計算單元152從多個定向天線160的任何一個接收了檢測信號時，位置信息計算單元152測量直到下一個定向天線輸出方向信號所經過的時間(S113)。這是為了測量充電站20和清潔機器人100之間的距離。
接著，位置信息計算單元152計算通過定向天線160接收的檢測時間差，並訪問存儲器170中的距離信息映射表171，以獲得對應於該時間差的距離信息(S115)。在此，距離信息映射表是一個表，其存儲了根據本發明的實驗所獲得的值。
接下來，位置信息計算單元152輸出方向信息和距離信息到充電站返回處理單元153，其中通過當清潔機器人100旋轉時經定向天線160首先檢測的旋轉角度來計算充電站20的方向，並通過使用定向天線160之間的檢測時間差來計算清潔機器人100和充電站20之間的距離(S117)。
接著，充電站返回處理單元153使用通過位置信息計算單元152輸出的所計算的充電站20的距離信息和方向信息，輸出控制信號給行進控制單元151。這樣，充電站返回處理單元153根據輸入到行進控制單元151的控制信號來驅動該驅動單元130，並使清潔機器人返回到充電站20(S119)。
從上述內容顯而易見，本發明提供了用於移動機器人的位置計算系統，其中，由於移動機器人檢測通過無線信號源輸出的無線信號，根據該無線信號源位置計算方向信息，和使用定向天線之間的無線信號檢測時間差來計算距離信息，即使移動機器人和無線信號源之間存在障礙物，也能夠精確的計算無線信號源的位置。
此外，本發明提供了充電站返回系統及其使用方法，其中，如果無線信號源是充電站，通過計算方向信息和距離信息，即使移動機器人和充電站之間存在障礙物，也能夠精確的計算充電站位置，並當電池中的剩餘電力電平較低時，使移動機器人有效的返回到充電站。
儘管出於示例目的已經公開了本發明的優選實施例，本領域技術人員應該清楚，在不脫離所附權利要求所公開的本發明的範圍和精神的情況下，各種修改、添加和替換是可能的。
權利要求
1.一種用於移動機器人的位置計算系統包括無線信號源(10)，用於連續地或周期地輸出無線信號；和移動機器人(100)，其包括多個定向天線(160)，用於檢測通過無線信號源(10)輸出的無線信號，其中，移動機器人(100)通過經定向天線檢測的旋轉角度來計算無線信號源(10)的方向，並使用定向天線(160)之間的無線信號檢測時間差來計算距無線信號源(10)的距離。
2.如權利要求1所述的位置計算系統，其中該移動機器人包括驅動單元(130)，其包括左輪馬達(131)和右輪馬達(132)，用於使移動機器人(100)行進；存儲器(170)，用於存儲移動機器人(100)的操作程序，並存儲有關移動機器人(100)的距離信息和方向信息；和微處理器(150)，用於控制移動機器人(100)的行進，計算移動機器人(100)的位置信息和控制移動機器人(100)的全部部件。
3.如權利要求2所述的位置計算系統，其中該存儲器包括距離信息映射表(171)，用於根據定向天線(160)之間的無線信號檢測時間差來映射距離信息；和位置信息資料庫(172)，用於存儲有關與無線信號源(10)分開的移動機器人(100)的距離信息和方向信息。
4.如權利要求3所述的位置計算系統，其中該微處理器包括行進控制單元(151)，用於基於控制信號來控制驅動單元(130)的運行；和位置信息計算單元(152)，用於輸出控制信號到行進控制單元，以便在每個時間間隔內以預定的速度旋轉移動機器人(100)，其中，該位置信息計算單元(152)基於通過定向天線(160)檢測的無線信號的旋轉角度來計算方向信息，通過訪問距離信息映射表(171)以獲得相應於通過定向天線(160)輸出的無線信號的檢測時間差的距離信息來計算距離信息，並在位置信息資料庫(172)中存儲計算的距離信息和方向信息。
5.如權利要求1所述的位置計算系統，其中該無線信號源(10)是用於移動機器人(100)的充電站(20)。
6.一種使移動機器人返回到充電站的系統，該系統包括充電站(20)，用於連續地或周期地輸出無線信號；和移動機器人(100)，其至少包括兩個定向天線(160)，用於檢測通過充電站(20)輸出的無線信號，其中，當移動機器人(100)的電池(140)中的剩餘的電力電平低於預定值時，移動機器人(100)使用由定向天線(160)檢測的充電站(20)的方向和使用定向天線(160)之間的無線信號檢測時間差，計算有關與充電站(20)分離的移動機器人(100)的距離信息，並基於該距離信息返回到充電站(20)。
7.如權利要求6所述的系統，其中該移動機器人(100)包括驅動單元(130)，其包括左輪馬達(131)和右輪馬達(132)，用於使移動機器人(100)行進；電池電壓檢測電路(180)，用於在預定的時間間隔檢測移動機器人(100)的電池電壓，和當檢測的電池電壓低於參考值時，輸出充電請求信號；存儲器(170)，用於存儲移動機器人(100)的操作程序，並存儲充電站(20)和移動機器人(100)之間的距離信息；和微處理器(150)，用於控制移動機器人(100)的行進，計算充電站(20)的方向，計算相距充電站(20)的距離的信息，和控制移動機器人(100)的全部部件。
8.如權利要求7所述的系統，其中該存儲器(170)包括距離信息映射表(171)，用於根據定向天線(160)之間的無線信號檢測時間差來映射充電站(20)和移動機器人(100)之間的距離。
9.如權利要求7所述的系統，其中該微處理器(150)包括行進控制單元(151)，用於基於控制信號來控制驅動單元(130)的運行；位置信息計算單元(152)，用於當接收充電請求信號時，輸出控制信號到行進控制單元(151)以便在每個時間間隔以預定的速度旋轉移動機器人(100)，其中，該位置信息計算單元(152)基於定向天線(160)檢測的無線信號的旋轉角度來計算方向信息，通過訪問距離信息映射表(171)以便獲得與通過定向天線(160)輸出的無線信號的檢測時間差對應的距離信息，計算距離信息，並輸出所計算的方向信息和距離信息；和充電站返回處理單元(153)，用於輸出控制信號到行進控制單元(151)，以便使移動機器人(100)利用通過位置信息計算單元(152)計算的方向信息和距離信息返回到充電站(20)。
10.一種使移動機器人返回到充電站的方法，其中該移動機器人包括位置信息計算單元和充電站返回處理單元，該方法包括步驟a)在預定時間間隔檢測移動機器人的電池電壓，和當檢測的電池電壓低於參考值時，輸出充電請求信號；b)使用定向天線檢測從充電站輸出的無線信號，計算充電站的方向信息和充電站與移動機器人之間的距離信息，並輸出方向信息和距離信息；和c)使機器人返回到充電站，其中該充電站返回處理單元基於通過位置信息計算單元輸出的方向信息和距離信息來允許移動機器人返回到充電站。
11.如權利要求10所述的方法，其中所述步驟b)包括輸出控制信號到行進控制單元，以便當接收了充電請求信號時，在每個時間間隔以預定的速度旋轉移動機器人。
12.如權利要求10所述的方法，其中所述步驟b)包括計算方向信息和輸出所計算的方向信息，其中位置信息計算單元基於通過定向天線檢測的無線信號的旋轉角度來計算方向信息；和計算距離信息和輸出所計算的距離信息，其中位置信息計算單元通過訪問距離信息映射表以獲得相應於通過至少兩個定向天線輸出的無線信號的檢測時間差的距離信息來輸出距離信息。
全文摘要
本發明公開了一種移動機器人，能夠利用無線信號精確地計算無線信號源的位置，並允許移動機器人使用所計算的位置精確的和快速的返回到充電站。用於移動機器人的位置計算系統包括無線信號源，用於連續的或周期的輸出無線信號；和移動機器人，其包括多個定向天線，用於檢測通過無線信號源輸出的無線信號，其中，移動機器人經定向天線檢測的旋轉角度來計算無線信號源的方向，並使用定向天線之間的無線信號檢測時間差來計算距無線信號源的距離。
文檔編號B25J5/00GK1853874SQ20061000365
公開日2006年11月1日 申請日期2006年1月9日 優先權日2005年4月25日
發明者鄭一均 申請人:Lg電子株式會社