本发明公开一种室内机器人的定位和导航系统，包括光标记发射器，用于向固定的表面形成光标记，光标记在所述固定的表面的位置与机器人在其运动区域内所处的位置一一对应；无线模块，用于接收导航信号；运动控制模块，用于根据接收到的导航信号生成相应的驱动控制信号；运动机构，用于根据驱动控制信号运行以带动机器人移动；光标记检测器，用于检测光标记，并确定光标记的坐标；定位导航模块，用于根据光标记的坐标定位机器人在其运动区域内的位置，并且根据目标位置和机器人的位置规划和修正移动路径，生成导航信号；无线模块，用于发送所述导航信号。还公开一种应用于上述系统的方法。上述方法和系统定位准确、路径规划灵活且成本较低。
室内机器人的定位与导航系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及室内机器人技术领域，特别是涉及一种室内机器人的定位和导航系统和一种室内机器人的定位和导航方法。

背景技术

[0002] 室内移动机器人的定位导航技术是室内移动机器人领域的一个重点研究热点。在相关技术研究中，定位与导航技术是移动机器人实现智能化和完全自主移动的关键。对定位与导航技术的研究，其目的在于使移动机器人在无人干预的条件下使其沿规划的任意路径移动并完成指定的任务。 [0003] 机器人的定位导航通常可以采用下列方法实现。

[0004] I)基于路标，机器人通过在拍摄的图像中识别路标得知所处的位置以及目标位置。该方式中，由于路标常常放置于地面上，容易被周围过往的其他机器人所干扰，也容易人为损坏。此外，简单的路标虽然图像处理简单，但是不具备纠错性，而复杂的路标虽然具有完整数据纠错性，但是图案过于复杂，运算复杂度高，对摄像头要求也较高，实时性差。最后，基于路标的方法，只能让机器人沿着已经铺设的路径运动，路径改变困难，不能实现真正意义上的自主化，不容易扩展到大环境下的机器人室内定位导航。[0005] 2)采用摄像头直接拍摄机器人进行定位。该方法中，对摄像头的安装有较高要求，而且在不复杂背景情况下，要想实现准确的检测通常较为麻烦。

[0006] 3)采用激光或者超声阵列，结构复杂，成本相对过高。

[0007] 4)读取电极码盘，对电机要求较高，通常有较大的累积误差，而且由于不是绝对位置的定位，在家庭环境并不实用。

发明内容

[0008] 基于此，有必要提供一种定位准确、路径规划灵活且成本较低的室内机器人的定位与导航系统。

[0009] 此外，还提供一种室内机器人的定位与导航方法。

[0010] —种室内机器人的定位和导航系统，包括可自由移动的机器人和固定的定位导航器，所述机器人包括：光标记发射器，用于向固定的表面形成光标记，所述光标记在所述固定的表面的位置与机器人在其运动区域内所处的位置一一对应；无线模块，用于接收导航信号；运动控制模块，用于根据接收到的导航信号生成相应的驱动控制信号；运动机构，用于根据所述驱动控制信号运行以带动机器人移动；所述定位导航器包括：光标记检测器，用于检测所述光标记，并确定所述光标记的坐标；定位导航模块，用于根据所述光标记的坐标定位机器人在其运动区域内的位置，并且根据目标位置和机器人的位置规划和修正移动路径，生成导航信号；无线模块，用于发送所述导航信号。

[0011] 在其中一个实施例中，所述光标记发射器为红外激光器，所述光标记检测器为红外摄像机。[0012] 在其中一个实施例中,所述红外激光器发射的光标记为光栅、光斑或条码。

[0013] 在其中一个实施例中，所述光标记的数量为两个以上。

[0014] 在其中一个实施例中，所述机器人的运动区域为室内的地面，所述固定的表面为与地面相对的天花板。

[0015] 在其中一个实施例中，所述光标记发射器将光标记自地面向天花板垂直投射。

[0016] 在其中一个实施例中，所述运动机构包 括电机和由电机驱动的车轮，所述电机根据驱动控制信号以相应的转速驱动所述车轮。

[0017] 在其中一个实施例中，所述运动结构还包括转向轮。

[0018] 在其中一个实施例中，所述机器人还包括用于探测运动路径上的障碍物的超声探测器。

[0019] —种室内机器人的定位和导航方法,用于在包括可自由移动的机器人和固定的定位导航器的定位与导航系统中，由定位导航器对机器人进行导航，包括：机器人在固定的表面形成光标记，所述光标记在所述固定的表面的位置与机器人在其运动区域内所处的位置一一对应；定位导航器检测所述光标记，并确定所述光标记的坐标，以及根据所述光标记的坐标定位机器人在其运动区域内的位置，并且根据目标位置和机器人的位置规划和修正移动路径，生成并发送导航信号；机器人接收并根据所述导航信号向目标位置运动。

[0020] 上述室内机器人的定位和导航方法及系统，由于采用机器人发射的光标记进行定位和导航，其可以避免采用路标识别的各种问题，例如标记易损坏、定位不准确、路径规划不灵活等。另外，定位所采用的光标记发射器及光标记检测器可以采用低成本的设备，使得整个系统的成本较低。

附图说明

[0021] 图I为一实施例的室内机器人的定位和导航系统模块图；

[0022] 图2为是机器人的俯视结构示意图；

[0023] 图3为是机器人的后视结构示意图；

[0024] 图4是光标记发射及检测原理图；

[0025] 图5是帧间坐标变化时的位置变化示意图；

[0026] 图6是导航参数分析示意图。

具体实施方式

[0027] 如图I所示，为一实施例的室内机器人的定位和导航系统模块图。该定位和导航系统10包括可自由移动的机器人100和固定的定位导航器200。机器人100在其运动区域内自由移动，定位导航器200对机器人100进行定位和导航。

[0028] 机器人100包括光标记发射器101、无线模块102、运动控制模块103以及运动机构 104。

[0029] 光标记发射器101用于向固定的表面300发射光线形成光标记,机器人移动时,带动光标记发射器101移动,光标记在固定的表面300的位置也随之移动。光标记在固定的表面300的位置与机器人100在其运动区域内所处的位置一一对应，从而通过对光标记在固定的表面300的位置的确定，可以确定机器人100在运动区域内的位置。在室内运动的机器人，其运动区域就是房间里的地面，因此将与地面相对的天花板作为光标记投射的表面，并且自地面向天花板垂直投射可以非常简单地实现机器人所处位置与光标记的位置一一对应。优选地，光标记发射器101为红外激光器。红外激光器发射的红外光形成光标记用于位置检测，不会受到照明条件的限制。在其他实施例中，光标记发射器101还可以是可见光发射器或者其他形式的不可见光发射器，只要其发射的光标记可被相应的光标记检测器检测到即可。

[0030] 请参考图2，是机器人的俯视结构示意图。本实施例的红外激光器的数量为2个，相隔一定距离设置在机器人100顶部，并且出光方向与地面垂直。两个红外激光器可以在天花板上形成2个光标记。红外激光器发射的光标记可以为光栅、光斑或条码等易于识别的光图案。在其他实施例中光标记的数量也可以是一个，或者3个及以上。

[0031] 无线模块102用于接收导航信号。无线模块102用于接收来自定位导航器200的导航信号。无线模块102可以采用符合多种无线通信协议的网络模块、例如WIFI模块、红外通信模块、蓝牙通信模块等。优选地，无线模块102采用无线串口通信模块。 [0032] 运动控制模块103用于根据接收到的导航信号生成相应的驱动控制信号。导航信号为规划的路径信息，例如转向角度、行进距离等，由定位导航器200提供。导航信号经运动控制模块103处理后形成用于驱动运动机构104的驱动控制信号，例如电机驱动信号。此时运动控制模块103可以选用单片机，利用预先存储的程序对路径信息进行处理。导航信息也可以是已经经过定位导航器200处理后得到驱动控制数据，运动控制模块103直接应用该驱动控制数据驱动运动机构。此时运动控制模块103可以采用小型的专用驱动控制板，以减小机器人的体积和重量。