一種用於自主行動裝置的定位導航系統及方法
2023-06-20 09:15:06 1
專利名稱：一種用於自主行動裝置的定位導航系統及方法
技術領域：
本發明涉及定位導航技術領域，具體為一種用於自主行動裝置的定位導航系統及方法。
背景技術：
自動化、智能化的自主行動裝置比如機器人，在移動的過程中需要自主定位、導航。目前常見的導航方式有循線導航，即通過在地面設置導引線，通過光、磁、電場等方式的傳感器來感應引導線而實現導航，缺點是使用這種技術的設備只能沿著線走，缺少靈活性； 另外一種導航方式是慣性導航，通過陀螺儀和電子羅盤來實現導航，缺點是存在誤差累積； 還有一種導航方式是通過圖像識別、圖像匹配導航，此種方式對圖像處理的器件和程序要求高，而且成本較高。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是克服循線導航不靈活、慣性導航誤差累積、圖像識別導航成本高的缺點，而提供一種靈活、工作效率高、成本低的用於自主行動裝置的定位導航系統及方法。本發明的技術方案是一種用於自主行動裝置的定位導航系統，包括光信號發射裝置、接收光信號發射裝置發射信號的光信號接收裝置，其特徵在於
所述光信號發射裝置設為3個或3個以上；
所述的光信號接收裝置包括濾光罩，將進入濾光罩的光信號向下反射的圓錐形全方位反射鏡，設置在所述圓錐形全方位反射鏡下方的凸透鏡，接收光信號的感光陣列傳感器及處理信號的電路板，所述感光陣列傳感器及電路板設置在凸透鏡的下方，所述圓錐形全方位反射鏡及凸透鏡設在濾光罩的內部。所述濾光罩可以濾掉不需要的雜亂光線，但允許所述的光信號發射裝置發射的光信號通過。所述濾光罩上設有環形濾光片，可以360度接收周圍的光信號。所述的光信號發射裝置包括殼體、控制光信號發射裝置運行的開關、電池倉、發射燈和用於驅動所述發射燈的發射電路板，所述電池倉設置在殼體內部，所述開關設置在殼體的外壁，控制發射裝置的開啟、關閉和調節發射功率的大小。所述圓錐形全方位反射鏡與所述凸透鏡水平放置，圓錐形全方位反射鏡的頂點垂直向下，所述圓錐形全方位反射鏡頂點、凸透鏡的圓心及感光陣列傳感器的幾何中心在豎直方向上重合。所述圓錐形全方位反射鏡的頂點水平高度不高於所述環形濾光片的下緣高度。一種用於自主行動裝置的定位導航系統的定位導航方法，其特徵在於，包括以下步驟1 )、建立一個包括3個或3個以上光信號發射裝置的光信號發射裝置組，將光信號發射裝置分開布置，確定每個光信號發射裝置的位置，測定出其相互之間的距離，組成一個確定的坐標系；
2)、將光信號接收裝置安裝在自主行動裝置上，接收來自上述光信號發射裝置發射的光信號；
3)、開啟光信號發射裝置，並調節發射功率的大小；
4)、圓錐形全方位反射鏡將通過濾光罩的光線反射至錐尖方向，所述凸透鏡將反射過來的光線聚焦投影到下方的感光陣列傳感器上，電路板將感光陣列傳感器的接收到的信號處理並輸出，自主行動裝置上的控制系統讀取該輸出信號並計算得出自身的位置參數。與現有的技術相比，本發明的優點是根據平面上多個參照點的相對角度來實現定位，系統結構簡單，數據精確，由於能同時接收周圍360°的光線，所以處理速度快，由於沒有旋轉零件，所以可靠性高，在覆蓋範圍內行動裝置可以自由活動並定位導航。
圖1為本發明的系統組成示意圖； 圖2為本發明的光信號發射裝置示意圖； 圖3為本發明的光信號接收裝置示意圖4為本發明的光信號接收裝置結構示意圖； 圖5為本發明的光信號接收裝置工作原理示意圖。
具體實施例方式為了使本發明的技術方案及技術目的更易於理解，下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步詳細描述。如圖1所示，一種用於自主行動裝置的定位導航系統，它包括3個光信號發射裝置 10和1個光信號接收裝置20。光信號發射裝置10分開布置，並且位置確定，距離已知，則可以組成一個確定的坐標系。光信號接收裝置20安裝在自主行動裝置上，接收來自這3個光信號發射裝置10發射的光信號。光信號接收裝置20可以測得3個光信號發射裝置10 的相對方位角，由於3個光信號發射裝置10的位置距離是已知的，根據此位置距離和所測得的3個相對方位角就可以算出光信號接收裝置20的位置坐標，也就是自主行動裝置的位置坐標。如圖2所示，光信號發射裝置10由殼體11、開關12、發射窗口 13以及安裝於殼體 11內的電池倉、發射電路板、安裝於發射窗口 13內的發射燈組成。發射電路板用於驅動發射燈，開關12設置在殼體11外壁，用於開啟、關閉光信號發射裝置10，並調節發射功率大小。如圖3、圖4所示，光信號接收裝置20由濾光罩21、環形濾光片22、圓錐形全方位反射鏡23、透鏡對、感光陣列傳感器25、電路板沈組成。濾光罩21上有環形的濾光片22， 能過濾掉不需要的雜亂光線，但允許光信號發射裝置10發射的光信號通過。所述圓錐形全方位反射鏡23、凸透鏡M、感光陣列傳感器25及電路板沈由上至下依次設置，所述圓錐形全方位反射鏡23及凸透鏡M水平設置在濾光罩21的內部。如圖5所示，圓錐形全方位反射鏡23將通過濾光罩21的光線反射至錐尖方向，凸透鏡M將圓錐形全方位反射鏡23反射過來的光線聚焦投影到下方的感光陣列傳感器25上，電路板沈將感光陣列傳感器25的信號處理並輸出。自主行動裝置上的控制系統可讀取該信號並計算得出自身的位置參數。 光信號接收裝置20接收光線、濾光、反射、聚焦投影的過程如圖5所示。在具體實施中，光信號發射裝置10的數量至少為3個，光信號接收裝置20可以是 1個也可以是多個，意即本系統可以給1臺自主行動裝置定位導航，也可以給多臺自主行動裝置同時定位導航。以上已以較佳實施例公開了本發明，然其並非用以限制本發明，凡採用等同替換或者等效變換方式所獲得的技術方案，均落在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種用於自主行動裝置的定位導航系統，包括光信號發射裝置(10)、接收光信號發射裝置(10 )發射信號的光信號接收裝置(20 )，其特徵在於所述光信號發射裝置(10)設為3個或3個以上；所述的光信號接收裝置(20)包括濾光罩(21)，將進入濾光罩(21)的光信號向下反射的圓錐形全方位反射鏡(23)，設置在所述圓錐形全方位反射鏡(23)下方的凸透鏡(24)，接收光信號的感光陣列傳感器(25)及處理信號的電路板(26)，所述感光陣列傳感器(25)及電路板(26)設置在凸透鏡(24)的下方，所述圓錐形全方位反射鏡(23)及凸透鏡(24)設在濾光罩(21)的內部。
2.根據權利要求1所述的一種用於自主行動裝置的定位導航系統，其特徵在於所述的濾光罩(21)上設有環形濾光片(22)。
3.根據權利要求1或2所述的一種用於自主行動裝置的定位導航系統，其特徵在於 所述的光信號發射裝置(10)包括殼體(11)、控制光信號發射裝置(10)運行狀態的開關 (12)、電池倉、發射燈和用於驅動所述發射燈的發射電路板，所述電池倉設置在殼體(11)內部，所述開關(12 )設置在殼體(11)的外壁上。
4.根據權利要求3所述的一種用於自主行動裝置的定位導航系統，其特徵在於所述圓錐形全方位反射鏡(23)與所述凸透鏡(24)水平放置，圓錐形全方位反射鏡(23)的頂點垂直向下，所述圓錐形全方位反射鏡(23)頂點、凸透鏡(24)的圓心及感光陣列傳感器(25) 的幾何中心在豎直方向上重合。
5.根據權利要求4所述的一種用於自主行動裝置的定位導航系統，其特徵在於所述圓錐形全方位反射鏡(23)頂點的水平高度不高於所述環形濾光片(22)的下緣高度。
6.一種用於自主行動裝置的定位導航系統的定位導航方法，其特徵在於，包括以下步驟1)、建立一個包括3個或3個以上光信號發射裝置(10)的光信號發射裝置組，將光信號發射裝置(10)分開布置，確定每個光信號發射裝置(10)的位置，測定出其相互之間的距離，組成一個確定的坐標系；2)、將光信號接收裝置(20)安裝在自主行動裝置上，接收來自上述光信號發射裝置 (10)發射的光信號；3)、開啟光信號發射裝置(10)，並調節發射功率的大小；4)、圓錐形全方位反射鏡(23)將通過濾光罩(21)的光信號反射至錐尖方向，凸透鏡 (24)將反射過來的光線聚焦投影到下方的感光陣列傳感器(25)上，電路板(26)將感光陣列傳感器(25)的接收到的信號處理並輸出，自主行動裝置上的控制系統讀取該輸出信號並計算得出自身的位置參數。
全文摘要
本發明公開了一種用於自主行動裝置的定位導航系統及方法，包括光信號發射裝置、光信號接收裝置。光信號發射裝置分開布置，位置確定，應用時最少使用3個光信號發射裝置，在行動裝置上安裝一套光信號接收裝置，用來接收光信號發射裝置所發射的光信號，通過光信號源相對行動裝置的方位角來計算此行動裝置的位置。此定位導航系統成本低，易於實現，可以克服目前自主行動裝置比如機器人的定位導航系統精確度不高、成本高的缺陷。
文檔編號G01C21/26GK102207543SQ20111006398
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月17日 優先權日2011年3月17日
發明者吳季泳, 袁榮炎, 郭銳, 陽巍 申請人:崑山塔米機器人有限公司