专利汇可以提供一种家用服务机器人的定位系统及定位方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种家用服务 机器人 的 定位 系统及定位方法,在一个区域内安装至少三个红外发射器,家用服务机器人通过自身的中央 控制器 ,红外感应坐标定位模 块 、 双目视觉 定位模块、声纳辅助定位模块和红外探测器进行行进作业且在进行作业中能自动避障。本发明中设置的红外发射器越多其测量定位 精度 越高。本发明有利于家用服务机器人的推广使用,提高了机器人定位性能。,下面是一种家用服务机器人的定位系统及定位方法专利的具体信息内容。
1.一种家用服务机器人的定位方法,其特征在于包括以下步骤:
Ⅰ、依据CAD制作户型图,建立平面的二维基础坐标系,其户型图可以修改后再导入系统,不限制用户使用的户型图个数,并允许用户储存多个户型图,但是家用服务机器人在当前工作状态下只允许使用其中一个户型图;
Ⅱ、在家中每个区域内安装至少三个红外发射器(211),每个红外发射器(211)都有一个明确的唯一识别ID,其标识通过编程的方法经由红外发射器(211)的红外信号发射出去;
Ⅲ、启动家用服务机器人,加载户型图后,家用服务机器人通过红外感应坐标定位模块(2)和双目视觉定位模块(3)来定位当前的位置坐标;
Ⅳ、家用服务机器人确定完当前位置坐标后,根据需要通过红外感应坐标定位模块(2)和双目视觉定位模块(3)进行相应的行进作业,通过声纳辅助定位模块(4)和红外探测器(5)保证家用服务机器人在进行作业的过程中能进行避障。
2.根据权利要求1所述的一种家用服务机器人的定位方法,其特征在于:所述步骤Ⅲ中确定当前的位置坐标的步骤如下:
1)系统初始化,检测机器是否正常,若不正常则显示系统错误;若正常则通过红外感应坐标定位模块(2)判断是否感应到红外发射器(211)发出的红外信号,若感应到红外信号,则判断是否存在三个红外信号,若感应到三个红外信号则计算出当前的位置坐标,若只感应到两个红外信号则通过双目视觉定位模块(3)找到一个户型特征点并计算出当前的位置坐标;若只感应到一个红外信号则通过双目视觉定位模块(3)找到两个户型特征点并计算出当前的位置坐标;
2)若红外感应坐标定位模块(2)感应不到红外信号,则检测双目视觉定位模块(3)是否正常,若不正常则显示系统错误,若正常则提示无红外坐标感应阵列,通过上下左右转动调整双目视觉定位模块(3)的位置找出三个户型特征并计算出当前的位置坐标。
3.根据权利要求2所述的一种家用服务机器人的定位方法,其特征在于:所述步骤Ⅳ中家用服务机器人的避障的具体步骤如下:
一、行进的同时,声纳辅助定位模块(4)和红外探测器(5)都处于工作状态;
二、利用声纳辅助定位模块(4)进行超声波测距,利用红外探测器(5)进行红外测距,确定前方有效距离,若没有小于安全距离则继续行进,若小于安全距离则停止行进并记录当前位置;
三、当因小于安全距离而停止行进时,判断是否已经变换方向,若变换了方向,则记录该变换方向并变换方向,然后重复步骤二;若没有变换方向,则变换方向并重复步骤二。
4.根据权利要求3所述的一种家用服务机器人的定位方法,其特征在于:所述步骤Ⅳ中家用服务机器人的行进作业和避障的具体步骤如下:
(一)、通过红外感应坐标定位模块(2)确定家庭服务机器人当前的位置坐标;
(二)、确定目标,该目标为有确定坐标位置的目标,或者是在家中且处在家庭服务机器人视觉可以识别的地方;
(三)、计算行进路线,通过红外感应坐标定位模块(2)和双目视觉定位模块(3)进行实时计算行进路线,并在行进过程中结合使用声纳辅助定位模块(4)和红外探测器(5)进行避障行进。
5.根据权利要求4所述的一种家用服务机器人的定位方法,其特征在于:所述红外感应坐标定位模块(2)的定位方法如下:
a、依据CAD制作户型图,建立平面的二维基础坐标系,其户型图可以修改后再导入系统,不限制用户使用的户型图个数,并允许用户储存多个户型图,但是家用服务机器人在当前工作状态下只允许使用其中一个户型图;
b、在家中每个区域内安装至少三个红外发射器(211),每个红外发射器(211)都有一个明确的唯一识别ID,其标识通过编程的方法经由红外发射器(211)的红外信号发射出去;家用服务机器人的八个方向上都安装上用于接收红外发射器(211)发出的红外信号的红外感应器(22),通过红外感应器(22)获取各个方向上红外发射器(211)的ID,从而获得各个方向上红外发射器(211)的位置坐标;
c、根据感应到的三个红外发射器(211)的坐标计算出家用服务机器人的当前位置坐标,并通过分析每个红外感应器(22)接收到的红外发射器(211)的坐标确定当前家用服务机器人面朝的前进方向,其中计算当前位置坐标的具体方法为:
A、家用服务机器人移动中测量三个红外发射器(211)的下行导频信号,通过测量接受功率Pr(d),以及根据以下弗里斯自由空间方程式,来计算红外发射器(211)与红外感应器(22)之间的距离d:
其中:
Pt为红外发射器(211)的发射功率;
Pr(d)为接收功率;
Gt为红外发射器(211)天线的接收增益;
Gr为红外感应器(22)天线的接收增益;
λ为波长;
d是红外发射器(211)和红外感应器(22)之间的距离;
B、通过以上弗里斯自由空间方程式可以计算出红外发射器(211)T1与家用服务机器人之间的距离d1,红外发射器(211)T2与家用服务机器人之间的距离d2,红外发射器(211)T3与家用服务机器人之间的距离d3;
C、根据计算出的d1、d2、d3和三角公式计算出机器人当前所在位置坐标。
6.根据权利要求5所述的一种家用服务机器人的定位方法,其特征在于:所述双目视觉定位模块(3)的定位计算方法如下:
a)首先定义一个世界坐标系,将第一摄像机(31)所在位置F1和第二摄像机(32)所在位置F2连线的中点作为世界坐标系的原点,以第一摄像机(31)和第二摄像机(32)连线的右方向为x轴正方向,以过原点且垂直于水平面向上为y轴正方向,以过原点且平行于水平面指向物体的方向为z轴正方向,z轴与摄像头光轴平行;
b)对于物体上的一个特征点P,其在xoz平面上的投影为P’,通过平面图像确定角度的原理,可获知在xoz平面上P’F1连线与第一摄像机(31)的光轴的夹角a,P’F2连线与第二摄像机(32)的光轴的夹角b,从而确定三角形F1F2P’的三条边的长度和三个角的角度;根据已知的第一摄像机(31)和第二摄像机(32)的间距F1F2,可得出P’P”、OP”,即得出特征点P的z轴坐标和x轴坐标;同理根据特征点P在yoz平面上的投影可以求得特征点P的y轴坐标,从而实现定位;其中平面图像确定角度的原理为:对目标上的一点D进行采样后的图像上的对应像素为D’,可知在射线D’D上的所有点被采样成像后都对应点D’,射线D’D上的每个点和摄像机所在点F之间的连线与摄像头光轴FO的夹角都可以用角D’FO表示;采样图像上的像素的位置表明了该像素对应的射线相对于摄像头光轴FO的夹角大小;由此可根据采样图像上的点的位置确定其代表的实际的点和摄像机所在点F之间的连线与摄像机光轴FO的角度。
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