機器人及機器人檢測自動化方法
2023-04-27 20:48:01 3
專利名稱：機器人及機器人檢測自動化方法
技術領域：
本發明涉及一種機器人，該機器人能自動檢測到物體的存在，並能確定物體的位置和姿態，以及一種機器人檢測自動化方法。
背景技術：
機器人正被越來越廣泛地應用在工業生產和家庭生活的各領域中。在家庭中，機器人可以完成各種家務工作，例如照看老人或殘疾人。家用機器人的任務之一就是替行動不便者取放物品，當人們給出取放某物品的命令時，機器人應該能夠自動找到物品並執行給定的操作。
為找到要操作的物體，最好使機器人能自主地預先獲知物體的位置，而不是讓機器人在整個房間內漫無目的地尋找。為了執行取放物體的操作，機器人還需要知道物體的姿態。
有許多專利申請涉及到機器人如何確定自己的位置，但是關於機器人如何檢測物體位置和姿態的專利卻較少，而且都是在已知該物體在附近的前提下進一步確定物體的具體位置，這些專利申請大多屬於機械領域。
機器人確定自身位置的一種常見方法是通過使用陀螺儀、方向傳感器和速度傳感器，記錄它對於起點的相對位置，再根據起點的絕對位置得出機器人當前的絕對位置。
歐洲專利申請公開No.EP1505465A1給出了另一種方法，在已知位置的點上放置信號燈，信號燈以紅外線或電磁波的形式發射信號，機器人通過接收3個信號燈的信號來計算自己的位置。
日本專利申請公開No.JP2004230539公開了機器人確定物體位置的一種方法，將信號燈貼於物體上，能自我定位的機器人在物體周圍的三個不同位置上接收來自物體上信號燈的信號，通過將信號強度轉換為機器人和物體之間的距離來計算物體的位置。通過這種方法來確定物體位置，精度比較低，而且需要預先建立信號強度和距離之間的關係資料庫，通常這種關係隨環境而變化，要針對具體環境提前測定。
另一種使用機器人確定物體位置的方法是使機器人上的兩個照相機瞄準物體，根據相關的視覺理論和圖像處理方法計算物體的位置，其示例如中國專利申請公開No.CN1293752A，這種方法複雜且造價昂貴，對光亮敏感。
另一方面，RFID技術在物流領域正被廣泛的用於識別和跟蹤物體，最近RFID技術也被用於定位物體。例如，包含位置信息的RFID標籤被布置在工作區，移動物體取最近的RFID標籤的位置，作為它自己的位置。中國專利申請公開No.CN1637769可作為這種方法的示例；另外還可以採用range-free定位方法，使移動物體把自己的位置限制在幾個RFID標籤共同覆蓋的區域內，這些定位方法的精度相對較低。
發明內容
因此，本發明的目的在於提供一種機器人，能檢測到物體存在並確定其位置姿態，而且易於實現，定位精度較高。
根據本發明的第一方案，提出了一種機器人，能夠自動檢測物體的存在，並確定物體的位置和姿態，包括機器人位置確定裝置，用於確定機器人的位置；第一物體位置及姿態確定裝置，用於確定待檢測物體的位置及姿態，使機器人位置確定裝置與第一物體位置及姿態確定裝置之間的連線與水平面垂直，且二者之間的距離固定不變；以及第二物體位置及姿態確定裝置，用於確定待檢測物體的位置及姿態，能夠以固定的半徑、繞所述第一物體位置及姿態確定裝置水平旋轉。
優選地，所述機器人還包括角度傳感器，用於記錄所述第二物體位置及姿態確定裝置繞所述第一物體位置及姿態確定裝置轉動的角度。
優選地，所述機器人還包括傾斜傳感器，用於檢測機器人相對於水平面的傾斜程度，並根據所檢測到的傾斜程度，維持機器人位置確定裝置與第一物體位置及姿態確定裝置之間的連線始終與水平面垂直。
優選地，所述第二物體位置及姿態確定裝置繞所述第一物體位置及姿態確定裝置旋轉的固定半徑小於所述待檢測物體所發射的電磁波的波長。
優選地，所述機器人位置確定裝置與至少三個位置已知的其他位置確定裝置進行通訊，由此計算機器人位置確定裝置的位置，從而確定機器人的位置。
優選地，所述機器人位置確定裝置是信號燈，具有射頻收發器和超聲波收發器。
優選地，當機器人在房間內移動時，第一物體位置及姿態確定裝置不斷地檢測可能存在的待檢測物體；當第一物體位置及姿態確定裝置檢測到待檢測物體時，第一物體位置及姿態確定裝置停止檢測，同時，第二物體位置及姿態確定裝置開始繞第一物體位置及姿態確定裝置進行水平旋轉，進行物體檢測，並停止在接收信號最強的一點；第二物體位置及姿態確定裝置在該點發射電磁波，由待檢測物體響應該電磁波，同樣以電磁波的方式進行反饋，第一和第二物體位置及姿態確定裝置接收該反饋，並記錄反饋信號的相位，第二物體位置及姿態確定裝置記錄第二物體位置及姿態確定裝置發射電磁波的時間及接收到待檢測物體發射的電磁波的時間；以及根據此時機器人位置確定裝置的坐標、反饋信號的相位差、以及第二物體位置及姿態確定裝置發射電磁波到接收到待檢測物體的反饋電磁波的時間差，確定待檢測物體的位置。
優選地，所述物體位置及姿態確定裝置是射頻標識閱讀器或紅外線標識閱讀器或超聲波標識閱讀器。
優選地，所述閱讀器檢測安裝在待檢測物體上的射頻標識標籤或紅外線標識標籤或超聲波標識標籤。
優選地，所述第一和第二物體位置及姿態確定裝置根據安裝在待檢測物體上的標識標籤的原始坐標和當前所檢測到的坐標，確定待檢測物體的姿態。
優選地，安裝在待檢測物體上的標識標籤至少為四個，且並不位於同一平面內。
根據本發明的另一方案，提出了一種用於機器人的物體檢測及其位置和姿態確定方法，所述機器人包括機器人位置確定裝置，用於確定機器人的位置；第一物體位置及姿態確定裝置，用於確定待檢測物體的位置及姿態，使機器人位置確定裝置與第一物體位置及姿態確定裝置之間的連線與水平面垂直，且二者之間的距離固定不變；以及第二物體位置及姿態確定裝置，用於確定待檢測物體的位置及姿態，能夠以固定的半徑、繞所述第一物體位置及姿態確定裝置水平旋轉，所述方法包括以下步驟第一物體位置及姿態確定裝置連續檢測可能存在的待檢測物體，並在檢測到待檢測物體時停止檢測；第二物體位置及姿態確定裝置開始繞第一物體位置及姿態確定裝置進行水平旋轉，接收待檢測的物體發射的信號並停止在接收信號最強的點；第二物體位置及姿態確定裝置在所述停止的點發射電磁波；待檢測物體響應該電磁波並反饋電磁波；第一和第二物體位置及姿態確定裝置接收反饋的電磁波，並記錄反饋信號的相位，第二物體位置及姿態確定裝置記錄第二物體位置及姿態確定裝置發射電磁波的時間及接收到待檢測物體發射的電磁波的時間，根據此時機器人位置確定裝置的坐標、反饋信號的相位差、以及第二物體位置及姿態確定裝置發射電磁波到接收到待檢測物體的反饋電磁波的時間差，確定待檢測物體的位置；以及所述第一和第二物體位置及姿態確定裝置根據安裝在待檢測物體上的標識標籤的原始坐標和當前所檢測到的坐標，確定待檢測物體的姿態。
優選地，所述第二物體位置及姿態確定裝置繞所述第一物體位置及姿態確定裝置旋轉的固定半徑小於所述待檢測物體所發射的所述電磁波的波長。
根據本發明的另一方案，提出了一種機器人檢測自動化方法，使機器人具有自動檢測物體的存在並確定物體的位置和姿態的能力，所述方法包括確定用於確定機器人的位置的機器人位置確定裝置的空間位置點(B1)；根據機器人位置確定裝置的空間位置點(B1)，確定用於確定待檢測物體的位置及姿態的第一物體位置及姿態確定裝置的空間位置點(R1)，使機器人位置確定裝置的空間位置點(B1)與第一物體位置及姿態確定裝置的空間位置點(R1)之間的連線與水平面垂直，且二者之間的距離固定不變；以及確定用於確定待檢測物體的位置及姿態的第二物體位置及姿態確定裝置的空間位置點(R2)，第二物體位置及姿態確定裝置的空間位置點(R2)位於以第一物體位置及姿態確定裝置的空間位置點(R1)為圓心且與水平面平行的圓上。
本發明中的機器人可以根據行動不便者的命令自行完成拿取行動不便者所需物品的動作。
下面將參照附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述，其中圖1是示出了根據本發明的機器人上的信號燈和兩個RFID閱讀器的布置的示意圖；圖2是用於解釋如何通過兩個RFID閱讀器檢測並確定標籤位置的示意圖；圖3A至3C是示出了典型形狀物體上的標籤分布的示意圖；以及圖4是示出了根據本發明的機器人檢測自動化方法的流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作具體說明。應該指出，所描述的實施例僅是為了說明的目的，而不是對本發明範圍的限制。所描述的各種數值並非用於限定本發明，這些數值可以根據本領域普通技術人員的需要進行任何適當的修改。
在本發明中，使用RFID技術確定物體的位置和姿態，但應當理解的是，本領域普通技術人員也可以將本發明的技術思想應用於紅外線技術和超聲波技術等。
機器人的設置圖1是示出了根據本發明的機器人上的信號燈和兩個RFID閱讀器的布置的示意圖。
參考圖1，本發明中的機器人除了具備常見機器人的必備裝置以外，還裝配有一個信號燈B1(機器人位置確定裝置)和兩個RFID閱讀器R1和R2(第一和第二物體位置及姿態確定裝置)。本發明中的每個物體都貼有四個RFID標籤T1～T4，稍後將參照圖3，對RFID標籤的布置進行詳細的描述。
RFID閱讀器R1和R2與RFID標籤T1～T4通過電磁波進行通訊。如果一個貼有RFID標籤的物體處於RFID閱讀器的信號覆蓋範圍內，其RFID標籤將自身的標籤代碼反饋給閱讀器。根據該反饋，機器人查詢內置的物體資料庫就知道貼有該標籤的是什麼物體。通過這種方法機器人能檢測到物體的存在並識別出物體。
信號燈B1和一個RFID閱讀器R1安裝在機器人上，當機器人水平移動時，信號燈B1和RFID閱讀器R1的連線B1R1與水平面垂直，信號燈B1和RFID閱讀器R1之間的距離固定。在RFID閱讀器R1的安裝點上，有一個短的水平杆，另外一個RFID閱讀器R2安裝在水平杆的另一端，水平杆可以繞垂直連線B1R1水平轉動，所以RFID閱讀器R2總是和RFID閱讀器R1具有相同的高度。RFID閱讀器R1和RFID閱讀器R2之間的距離很短，是一個常量。角度傳感器(未示出)記錄RFID閱讀器R2繞RFID閱讀器R1轉動的角度。機器人上還安裝有檢測機器人相對於水平面傾斜程度的傳感器(未示出)，該數據被用於調整信號燈B1和RFID閱讀器R2使得連線B1R1總保持與水平面垂直以及連接R1和R2的短杆保持水平。
機器人信號燈B1上的RF收發器和超聲波收發器和布置在天花板上至少三個位置已知的信號燈的RF收發器和超聲波收發器進行通訊，由此計算獲知機器人上信號燈B1的位置。信號燈B1通過該方法實現自我定位，其位置被視為機器人的位置。
機器人系統所用坐標系如圖1所示，其中xoy平面為當地空間水平平面，z軸垂直於xoy平面。設信號燈B1的坐標是(xB，yB，HB)，因為RFID閱讀器R1和信號燈B1隻在垂直方向上相距一個常量ΔB1R1，因此RFID閱讀器R1的坐標是(x1，y1，H)＝(xB，yB，HB+ΔB1R1)，其中ΔB1R1可以為正值也可以為負值。可以設RFID閱讀器R1和RFID閱讀器R2之間的短距離是ΔR1R2，RFID閱讀器R2繞RFID閱讀器R1順時針水平轉動，且與y軸正方向形成的夾角是α12，RFID閱讀器R2的坐標(x2，y2，H)可由RFID閱讀器R1的坐標計算得出，(x2，y2，H)＝(x1+ΔR1R2sinα12，y1+ΔR1R2cosα12，H)。因此無論機器人在什麼位置，都能由信號燈B1的位置計算出兩個RFID閱讀器R1和R2的位置。
物體的檢測及其位置的確定機器人應該預先自動獲知所有物體的位置(初始化階段)，並建立關於物體名稱和其位置關係的物體資料庫。當人們給出要操作的物體名稱時，機器人就能夠根據物體名稱查詢資料庫來得到物體位置，然後直接前往該位置操作物體。因此，在初始化階段，機器人在房間內移動以檢測房間中到底有哪些物體並確定它們的位置和姿態。
按預定的行走規則，機器人可以遍歷整個房間，並從房間中所有物體旁經過。當它經過一個物體時，因為它的RFID閱讀器R1和R2接收到來自附於物體上的RFID標籤的反饋，它能意識到該物體的存在，即「發現」了一個物體，通過反饋的標籤代碼，能進一步識別出該物體。
圖2是用於解釋如何通過兩個RFID閱讀器R1和R2檢測並確定標籤位置的示意圖。
當機器人在房間內移動時，RFID閱讀器R1不斷地發射和接收電磁波。如果附近有貼有RFID標籤的物體，機器人就能夠檢測到物體的存在，並根據以下方法進一步確定標籤的位置，建立物體名稱和其標籤位置之間的關係。
當RFID閱讀器R1接收到一個RFID標籤的反饋時，RFID閱讀器R2開始繞RFID閱讀器R1水平旋轉並開始收發電磁波。為防止幹擾，RFID閱讀器R1不再發射信號。RFID閱讀器R2繞RFID閱讀器R1旋轉，並停止在接收信號最強的一點A。假設RFID閱讀器R1所在的點是B，標籤所在的點是C，可以證明三角形△ABC在垂直於水平面的一個垂直平面內。
RFID閱讀器R2在A點發射電磁波，位於C點的標籤接收到該電磁波並同樣以電磁波的方式反饋回它的標籤代碼。RFID閱讀器R1和R2都接收到該反饋並記錄反饋信號的相位。選擇合適的電磁波波長λ，使得λ大於RFID閱讀器R1和R2之間的距離AB，因此兩個相位的差在一個周期內，兩個相位角的差記為φ=2CB-CA]]>(等式1)，其中CB是B、C兩點之間的距離，CA是A、C兩點之間的距離。RFID閱讀器R2在其發射電磁波時開始計時，收到標籤返回的電磁波時計時結束，忽略標籤從接收到電磁波到發射反饋電磁波之間的時間延遲，則RFID閱讀器R2記錄的時間是電磁波在A、C兩點之間的往返時間，根據此時間可以得出A、C兩點之間的距離CA。
因為R1和R2之間的距離很短，例如2cm，通常遠小於閱讀器和標籤之間的距離，假設矢量 和z軸正方向的夾角為θ，可以得到以下等式(2)CB-CA=|CB|-|CA||BAxy|sin]]>(等式2)其中 是矢量 在xoy平面上的投影的長度，由於 平行於xoy平面，因此|BAxy|=R1R2=AB.]]>所以，根據等式(1)和(2)，可以得到如下的約等式(3)2ABsin]]>(約等式3)。
在約等式(3)中，φ能被測量出來，所以可從約等式(3)中得到矢量 和z軸正方向的夾角arcsin2AB,]]>CB=CA+2.]]>標籤位置C的坐標記為(x3，y3，h)，h＝H+CBcosθ。平面ABC和平面yoz的夾角就是RFID閱讀器R2繞RFID閱讀器R1順時針水平轉動與y軸正方向形成的夾角是α12，12=arctanx2-x1y2-y1,]]>於是可以得到由下面的等式(4)表示的x3和y3x3＝x1+CBsinθsinα12y3＝y1+CBsinθcosα12(等式4)
因此使用該方法，可以通過兩個RFID閱讀器R1和R2，檢測出RFID標籤的位置C。
物體姿態的檢測如上所述，本發明中的每個物體都貼有四個RFID標籤T1、T2、T3、T4，稍後將參照圖3A到3C，對RFID標籤的布置進行詳細的描述。
四個標籤T1、T2、T3、T4的坐標都通過上述方法獲得。這四個標籤不在同一個平面上(其具體布置，將參照圖3進行描述)，所以物體上任一點的坐標可由四個標籤坐標的線性組合唯一表示，於是物體的姿態也就被唯一的確定下來。
當機器人第一次獲得一個物體上的四個標籤的位置後，它建立了物體的初始姿態。物體姿態改變後，可以根據四個標籤的初始位置和變換後的新位置建立表示這種姿態變換的函數。將該函數作用於物體上任一點的初始坐標，可以得到物體姿態變換後該點的新坐標。該函數唯一地表示了物體姿態的這種改變。
設標籤Ti(i＝1，2，3，4)的原始坐標為(xi，yi，zi)，在物體姿態變換後，它對應的新坐標為(xi′，yi′，zi′)，使用函數f來表示這種變換，如等式(5)所示。
x1x2x3x4y1y2y3y4z1z2z3z41111=x1x2x3x4y1y2y3y4z1z2z3z41111f]]>(等式5)所以，函數f是一個4×4的矩陣，使用C來表示該矩陣。
假設A=x1x2x3x4y1y2y3y4z1z2z3z41111,]]>B=x1x2x3x4y1y2y3y4z1z2z3z41111,]]>等式(5)可被寫做B＝A·C。
實際上，C是平移變換和旋轉變換的組合，由於物體是剛體，所以物體姿態的變換不包括縮放變換。四個標籤不在同一平面內，於是A和B的行列式都非0，它們都是可逆矩陣。
於是C＝A-1·B設物體上某一點的初始坐標為(x，y，z)，經過這種變換後它的新坐標(x′，y′，z′)可以由下式得出(x′，y′，z′，1)T＝(x，y，z，1)T·C機器人維護一個物體資料庫。其中為每一個物體都建立了，例如，以下條目物體名稱，四個標籤的標籤代碼，四個標籤的初始位置來表示的物體初始姿態，以及相對於初始姿態的姿態變換矩陣C。這樣，物體的姿態可以通過物體上四個RFID標籤表示。應該指出，本發明不限於此，而是可以增加或建立其它條目。
RFID標籤在物體上的布置在物體上布置四個RFID標籤的基本方式是第一，四個RFID標籤不在同一平面上。布置標籤時，通常更加關注物體在空間中按常規方式放置時所呈現的前面和上面。因為機器人由物體的前面經過，貼在物體前面的RFID標籤比貼在物體背面的RFID標籤受到更少的阻礙，因此接收自/反饋給RFID閱讀器的信號都更強。同樣，來自物體上面的RFID標籤信號比來自物體底面的標籤信號更強。因此，四個標籤通常被貼在物體的上面和前面。
第二，四個標籤的分布應覆蓋相對儘可能大的區域。如果四個標籤比較緊湊地分布在物體的某一區域，在以四個標籤坐標表示的、物體上距標籤相對較遠的點的坐標表達式中，係數會比較大。這四個標籤定位的微小誤差經大係數放大後，會造成較遠點定位上的較大誤差。相反，如果四個標籤在物體上的分布比較均勻，它們的定位誤差對待定位點的影響，從相反方向上會因相互抵消而減小。同時，這樣布置也使物體被檢測到的概率更大。
標籤布置的這兩個方式有時可能衝突，在這種情況下，應根據物體的具體形狀選擇其中一種為主要方式。
圖3A到3C是示出了典型形狀物體上的標籤分布的示意圖。例如，如果物體的形狀類似於球(圖3A)，四個標籤應分布在球的內接正三稜錐的四個頂點上，其中三個在前面，一個在背面。如果物體近似為長方體或立方體(圖3B)，兩個標籤應貼在物體前面與上面交線的兩個頂點上，另外兩個標籤應貼在一條體對角線上。如果物體近似於圓柱形(圖3C)，三個標籤應貼在上面圓面的內接正三角形的三個頂點上，並且其中的兩個接近物體前面，第四個標籤貼在物體前面靠近底面的一點。
機器人檢測自動化方法圖4是示出了根據本發明的機器人檢測自動化方法的流程圖。下面將參照圖1和圖4，對本發明的機器人檢測自動化方法進行描述。
首先，在步驟S401，定位用於確定機器人的位置的信號燈B1。然後，在步驟S402，根據信號燈B1的空間位置，定位RFID閱讀器R1，使信號燈B1的空間位置點與RFID閱讀器R1的空間位置點之間的連線與水平面垂直，且二者之間的距離固定不變。最後，定位RFID閱讀器R2，RFID閱讀器R2的空間位置點位於以RFID閱讀器R1的空間位置點為圓心且與水平面平行的圓上，RFID閱讀器R2可圍繞RFID閱讀器R1水平旋轉。
在對信號燈B1、RFID閱讀器R1和R2進行上述定位之後，安裝有信號燈B1、RFID閱讀器R1和R2的機器人可根據前面有關圖1～3的描述，實現對物體的存在及其姿態的自動檢測。由此，使所述機器人具有自動檢測物體的存在並確定物體的位置和姿態的能力，而且易於實現，定位精度較高。
儘管已經針對典型實施例示出和描述了本發明，本領域的普通技術人員應該理解，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，可以進行各種其他的改變、替換和添加。因此，本發明不應該被理解為被局限於上述特定實例，而應當由所附權利要求所限定。
權利要求
1.一種機器人，能夠自動檢測物體的存在，並確定物體的位置和姿態，包括機器人位置確定裝置(B1)，用於確定機器人的位置；第一物體位置及姿態確定裝置(R1)，用於確定待檢測物體的位置及姿態，使機器人位置確定裝置(B1)與第一物體位置及姿態確定裝置(R1)之間的連線與水平面垂直，且二者之間的距離固定不變；以及第二物體位置及姿態確定裝置(R2)，用於確定待檢測物體的位置及姿態，能夠以固定的半徑、繞所述第一物體位置及姿態確定裝置(R1)水平旋轉。
2.根據權利要求1所述的機器人，其特徵在於還包括角度傳感器，用於記錄所述第二物體位置及姿態確定裝置繞所述第一物體位置及姿態確定裝置轉動的角度。
3.根據權利要求1或2所述的機器人，其特徵在於還包括傾斜傳感器，用於檢測機器人相對於水平面的傾斜程度，並根據所檢測到的傾斜程度，維持機器人位置確定裝置與第一物體位置及姿態確定裝置之間的連線始終與水平面垂直。
4.根據權利要求1到3之一所述的機器人，其特徵在於所述第二物體位置及姿態確定裝置繞所述第一物體位置及姿態確定裝置旋轉的固定半徑小於所述待檢測物體所發射的電磁波的波長。
5.根據權利要求1到4之一所述的機器人，其特徵在於所述機器人位置確定裝置與至少三個位置已知的其他位置確定裝置進行通訊，由此計算機器人位置確定裝置的位置，從而確定機器人的位置。
6.根據權利要求5所述的機器人，其特徵在於所述機器人位置確定裝置是信號燈，具有射頻收發器和超聲波收發器。
7.根據權利要求1到4之一所述的機器人，其特徵在於當機器人在房間內移動時，第一物體位置及姿態確定裝置不斷地檢測可能存在的待檢測物體；當第一物體位置及姿態確定裝置檢測到待檢測物體時，第一物體位置及姿態確定裝置停止檢測，同時，第二物體位置及姿態確定裝置開始繞第一物體位置及姿態確定裝置進行水平旋轉，進行物體檢測，並停止在接收信號最強的一點；第二物體位置及姿態確定裝置在該點發射電磁波，由待檢測物體響應該電磁波，同樣以電磁波的方式進行反饋，第一和第二物體位置及姿態確定裝置接收該反饋，並記錄反饋信號的相位，第二物體位置及姿態確定裝置記錄第二物體位置及姿態確定裝置發射電磁波的時間及接收到待檢測物體發射的電磁波的時間；以及根據此時機器人位置確定裝置的坐標、反饋信號的相位差、以及第二物體位置及姿態確定裝置發射電磁波到接收到待檢測物體的反饋電磁波的時間差，確定待檢測物體的位置。
8.根據權利要求1到4之一所述的機器人，其特徵在於所述物體位置及姿態確定裝置是射頻標識閱讀器或紅外線標識閱讀器或超聲波標識閱讀器。
9.根據權利要求8所述的機器人，其特徵在於所述閱讀器檢測安裝在待檢測物體上的射頻標識標籤或紅外線標識標籤或超聲波標識標籤。
10.根據權利要求1或7所述的機器人，其特徵在於所述第一和第二物體位置及姿態確定裝置根據安裝在待檢測物體上的標識標籤的原始坐標和當前所檢測到的坐標，確定待檢測物體的姿態。
11.根據權利要求10所述的機器人，其特徵在於安裝在待檢測物體上的標識標籤至少為四個，且並不位於同一平面內。
12.一種用於機器人的物體檢測及其位置和姿態確定方法，所述機器人包括機器人位置確定裝置，用於確定機器人的位置；第一物體位置及姿態確定裝置，用於確定待檢測物體的位置及姿態，使機器人位置確定裝置與第一物體位置及姿態確定裝置之間的連線與水平面垂直，且二者之間的距離固定不變；以及第二物體位置及姿態確定裝置，用於確定待檢測物體的位置及姿態，能夠以固定的半徑、繞所述第一物體位置及姿態確定裝置水平旋轉，所述方法包括以下步驟第一物體位置及姿態確定裝置連續檢測可能存在的待檢測物體，並在檢測到待檢測物體時停止檢測；第二物體位置及姿態確定裝置開始繞第一物體位置及姿態確定裝置進行水平旋轉，接收待檢測的物體發射的信號並停止在接收信號最強的點；第二物體位置及姿態確定裝置在所述停止的點發射電磁波並記錄發射時間；待檢測物體響應該電磁波並反饋電磁波；第一和第二物體位置及姿態確定裝置接收反饋的電磁波，並記錄反饋信號的相位，第二物體位置及姿態確定裝置記錄接收到反饋電磁波的時間；根據此時機器人位置確定裝置的坐標、反饋信號的相位差、以及第二物體位置及姿態確定裝置發射電磁波到接收到待檢測物體的反饋電磁波的時間差，確定待檢測物體的位置；以及所述第一和第二物體位置及姿態確定裝置根據安裝在待檢測物體上的標識標籤的原始坐標和當前所檢測到的坐標，確定待檢測物體的姿態。
13.根據權利要求12所述的方法，其特徵在於所述第二物體位置及姿態確定裝置繞所述第一物體位置及姿態確定裝置旋轉的固定半徑小於所述待檢測物體所發射的所述電磁波的波長。
14.根據權利要求12所述的方法，其特徵在於安裝在待檢測物體上的標識標籤至少為四個，且並不位於同一平面內。
15.一種機器人檢測自動化方法，使機器人具有自動檢測物體的存在並確定物體的位置和姿態的能力，所述方法包括確定用於確定機器人的位置的機器人位置確定裝置的空間位置點(B1)；根據機器人位置確定裝置的空間位置點(B1)，確定用於確定待檢測物體的位置及姿態的第一物體位置及姿態確定裝置的空間位置點(R1)，使機器人位置確定裝置的空間位置點(B1)與第一物體位置及姿態確定裝置的空間位置點(R1)之間的連線與水平面垂直，且二者之間的距離固定不變；以及確定用於確定待檢測物體的位置及姿態的第二物體位置及姿態確定裝置的空間位置點(R2)，第二物體位置及姿態確定裝置的空間位置點(R2)位於以第一物體位置及姿態確定裝置的空間位置點(R1)為圓心且與水平面平行的圓上。
16.根據權利要求15所述的機器人檢測自動化方法，其特徵在於還包括記錄所述第二物體位置及姿態確定裝置繞所述第一物體位置及姿態確定裝置轉動的角度。
17.根據權利要求15或16所述的機器人檢測自動化方法，其特徵在於還包括檢測機器人相對於水平面的傾斜程度，並根據所檢測到的傾斜程度，維持機器人位置確定裝置的空間位置點與第一物體位置及姿態確定裝置的空間位置點之間的連線始終與水平面垂直。
18.根據權利要求15到17之一所述的機器人檢測自動化方法，其特徵在於所述圓的半徑小於所述待檢測物體所發射的電磁波的波長。
19.根據權利要求15到18之一所述的機器人檢測自動化方法，其特徵在於還包括所述機器人位置確定裝置與至少三個位置已知的其他位置確定裝置進行通訊，由此計算機器人位置確定裝置的空間位置點的空間坐標，從而確定機器人的位置。
20.根據權利要求19所述的機器人檢測自動化方法，其特徵在於所述機器人位置確定裝置是信號燈，具有射頻收發器和超聲波收發器。
21.根據權利要求15到18之一所述的機器人檢測自動化方法，其特徵在於還包括當機器人在房間內移動時，第一物體位置及姿態確定裝置不斷地檢測可能存在的待檢測物體；當第一物體位置及姿態確定裝置檢測到待檢測物體時，第一物體位置及姿態確定裝置停止檢測，同時，第二物體位置及姿態確定裝置開始繞第一物體位置及姿態確定裝置進行水平旋轉，進行物體檢測，並停止在接收信號最強的一點；第二物體位置及姿態確定裝置在該點發射電磁波，由待檢測物體響應該電磁波，同樣以電磁波的方式進行反饋，第一和第二物體位置及姿態確定裝置接收該反饋，並記錄反饋信號的相位，第二物體位置及姿態確定裝置記錄第二物體位置及姿態確定裝置發射電磁波的時間及接收到待檢測物體發射的電磁波的時間；以及根據此時機器人位置確定裝置的坐標、反饋信號的相位差、以及第二物體位置及姿態確定裝置發射電磁波到接收到待檢測物體的反饋電磁波的時間差，確定待檢測物體的位置。
22.根據權利要求15到18之一所述的機器人檢測自動化方法，其特徵在於所述物體位置及姿態確定裝置是射頻標識閱讀器或紅外線標識閱讀器或超聲波標識閱讀器。
23.根據權利要求22所述的機器人檢測自動化方法，其特徵在於所述閱讀器檢測安裝在待檢測物體上的射頻標識標籤或紅外線標識標籤或超聲波標識標籤。
24.根據權利要求15或21所述的機器人檢測自動化方法，其特徵在於所述第一和第二物體位置及姿態確定裝置根據安裝在待檢測物體上的標識標籤的原始坐標和當前所檢測到的坐標，確定待檢測物體的姿態。
25.根據權利要求24所述的機器人檢測自動化方法，其特徵在於安裝在待檢測物體上的標識標籤至少為四個，且並不位於同一平面內。
全文摘要
本發明提供了一種機器人，能夠自動檢測物體的存在，並確定物體的位置和姿態，包括機器人位置確定裝置(B
文檔編號B25J19/02GK1994689SQ20051013578
公開日2007年7月11日 申請日期2005年12月28日 優先權日2005年12月28日
發明者張玲, 鄭文濤, 魏強, 吳剛, 餘旭文 申請人:松下電器產業株式會社