自移動機器人位姿校準系統和方法與流程

本發明涉及一種自移動機器人位姿校準系統及方法，屬于小家電制造技術領域。

背景技術：

現有規劃型自移動機器人在進行定位導航工作時，一般采用絕對坐標系和相對坐標系兩種定位系統。采用絕對坐標系的定位系統，比如，自移動機器人通過ccd攝像機捕獲天花板上設置的位置標識圖像，并根據所捕獲的圖像相應地探測到機器人自身的當前位置。由于這種定位方法要求系統快速處理大量數據，會導致成本較高。而采用相對坐標系的定位系統，比如，自移動機器人通過一個行駛距離傳感器和一個角度傳感器對自身的相對位置進行計算，陀螺儀用作角度傳感器，通常存在5％-10％的探測誤差，隨著自移動機器人的重復旋轉動作，由于探測誤差的積累，機器人不能精確的按照計劃的路徑行走，因此，需要經常對其進行校準，給使用者帶來了一定的麻煩。

現有的校準通常是以角度傳感器的轉動量累計到一定程度為判斷標準，來確定是否需要對其進行校準。比如：可以設定角度傳感器每旋轉360°或720°校準一次，以此類推。但由于機器人每次都可能會在不同的工作環境中作業，在某些工作環境中，可能由于路徑復雜導致機器人反復旋轉，工作時間很短就需要進行校準，過于頻繁的校準顯然會對機器人的工作效率有所影響。而在某些平坦通暢的工作環境中，累計工作很長時間后，機器人的角度傳感器可能因仍然沒有達到預設的累計旋轉角度而無法校準，等到再次校準的時候，累計誤差大，影響準確性。

另外，圖1為現有技術cn1330274c的結構示意圖。如圖1所示，該現有技術公開了一種使用坐標修正方法的機器人清潔器，使其可以 有效的按照計劃的行駛方向行駛。當確定積累的角度超過預定的水平時，機器人清潔器停止給定的工作，并返回充電站。機器人清潔器的當前坐標以充電站的參考坐標被校準，而機器人清潔器移動到它返回充電站前所在的先前地點，并從停止處繼續給定的工作。但是，請參考圖1所示，其通過在機器人清潔器10上設置多個等距離傳感器32并依據這些等距離傳感器到充電站的探測板130的距離d1和d2來校準其回到充電站的位姿。這種校準位姿的方式成本較高而且不能在平行于探測板130的方向上做位置的調整，使得回到初始點的位姿調整不準確，有可能會導致充電站和機器人清潔器上對應設置的充電電極無法對正對接。且此種方式機器人只回到了與充電座原點坐標平行的位置，對機器人的陀螺儀的角度清零，而沒有對機器人的行駛距離(步數)清零，這種方式的校準準確率存在一定誤差。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題在于針對現有技術的不足，提供一種自移動機器人位姿校準系統及方法，采用相對坐標系系統時，本發明通過在校準模式下以機器人的工作時間達到預設時間或工作的行走距離達到預設距離作為前提，并通過至少三個對接參照點來完成機器人與基座的正確對接；合理調整機器人位姿，保證機器人與基座對接準確，安裝部件簡單、節約成本、準確率高且使用方便。

本發明所要解決的技術問題是通過如下技術方案實現的：

一種自移動機器人位姿校準系統，包括機器人和基座，所述機器人上設有位姿傳感器和控制中心，所述機器人設有工作模式和校準模式，當機器人工作時間達到預設時間或工作的行走距離達到預設距離時，啟動校準模式，所述控制中心控制機器人與所述基座正確對接后，控制校準機器人的位姿傳感器。

以上位姿傳感器通常采用角度傳感器或陀螺儀等。

通常情況下，所述機器人上設有滾輪，所述位姿校準系統還設有第一位姿校準開關、第二位姿校準開關和至少一個第一觸點端子d；所述機器人靠近基座，機器人上的對接點與所述第一位姿校準開關、第 二位姿校準開關和至少一個第一觸點端子d對接，所述控制中心根據第一位姿校準開關、第二位姿校準開關和至少一個第一觸點端子d的信號反饋，控制滾輪調整機器人位姿，與所述基座正確對接。

根據需要，所述第一位姿校準開關和第二位姿校準開關可以采用不同的結構來實現，在本發明的一個實施例中，所述第一位姿校準開關和第二位姿校準開關為分別設置在所述基座的底板上的第一輕觸開關a和第二輕觸開關b，所述第一輕觸開關a和第二輕觸開關b的設置位置與所述機器人進入所述基座的底板對正后的滾輪位置相對應。

在本發明的另一實施例中，所述第一位姿校準開關和第二位姿校準開關為分別設置在所述基座上的光信號發射裝置或光信號接收裝置,所述基座上的光信號發射裝置或光信號接收裝置的設置位置與所述機器人進入所述基座的底板對正后的對接點的位置相對應。

除了上述的滾輪之外，當所述第一位姿校準開關和第二位姿校準開關為分別設置在所述基座上的光信號發射裝置或光信號接收裝置時，所述機器人上的對接點則對應設置為機器人上的光信號接收裝置或光信號發射裝置。

根據不同的需要，所述基座上的光信號發射裝置或光信號接收裝置設置在基座的底板、背板或頂板上。所述機器人上的光信號接收裝置或光信號發射裝置則對應設置在機器人底部、側邊或頂部。

另外，為了節約成本，充分利用機器人自身上的現有結構，設置在所述機器人底部的光信號接收裝置或光信號發射裝置可以為下視傳感器。

為了保證機器人處于基座底板的有效位置，所述基座的底板上對應滾輪的位置、且在靠近基座的背板的一側方向分別設有兩個擋止部。

為了提高精度，該系統還包括設置在所述底座上的第二觸點端子。

根據需要，所述機器人上還設有引導信號發射點c，用于引導機器人向基座移動，所述引導信號發射點c、第一觸點端子d和第二觸點端子e三者之中的一個發射編碼信號。

本發明還提供一種用于自移動機器人的位姿傳感器的校準方法，其特征在于，包含如下步驟：

步驟100：機器人在給定區域內執行工作；

步驟200：當機器人工作的時間達到預設時間或者工作的行走距離達到預設距離時，暫停正在執行的工作，自動返回基座并與基座正確對接；

步驟300：對設置在機器人上的位姿傳感器進行校準。

進一步地，還包括步驟400：機器人完成對所述位姿傳感器的校準之后，自動行走到給定區域中的暫停工作位置，繼續執行工作。實際工作中，若回基座校準之前，工作已完成，則在基座校準完成后，無需回到之前位置，直接執行其它工作任務。具體來說，所述步驟200具體包括：

步驟201：機器人的滾輪和對接點分別與第一位姿校準開關、第二位姿校準開關和至少一個第一觸點端子d三者中的任意兩個對接；

步驟202：機器人在基座所發射的編碼信號下調整位姿，使上述三者都完全對接，完成機器人與所述基座的正確對接。

綜上所述，采用相對坐標系系統時，本發明通過在校準模式下以機器人的工作時間達到預設時間或工作的行走距離達到預設距離作為前提，并通過至少三個對接參照點來完成機器人與基座的正確對接；合理調整機器人位姿，保證機器人與基座對接準確，安裝部件簡單、節約成本、準確率高且使用方便。

下面結合附圖和具體實施例，對本發明的技術方案進行詳細地說明。

附圖說明

圖1為現有技術cn1330274c的結構示意圖；

圖2為本發明實施例一的結構示意圖；

圖3為本發明實施例二的結構示意圖。

具體實施方式

在背景技術中已經提及，現有的自移動機器人由于在作業過程中的動作變化，會導致其坐標系中角度與距離的探測誤差慢慢積累，逐 漸加大，因而需要返回校準裝置校準，通常為基座，多是充電座。所謂校準，是指機器人與基座對接成功后，從而以基座所確定的標準方向或坐標作參考來校準機器人的傳感器，例如，機器人中的角度傳感器(角度)與距離傳感器(步數)均從零開始重新計算。完成校準之后，機器人再移動到返回基座之前的工作區域的固定點，繼續工作。舉例來說，比如：一掃地機器人在工作區域內執行清潔工作，當工作達到預定的時間，比如10分鐘，系統控制機器人停止清潔工作，而執行返回基座的工作，此時的位置是a點，于是停止在a點，此時，a點即為固定點，用于表達a點位置的參數為角度θ和距離h，比如：(θ,h)＝(90°，50m)，由于陀螺儀多次旋轉，存在誤差積累，因此該位置是存在誤差的，機器人返回基座校準之后，按照之前的記載，重新尋找參數為(θ,h)＝(90°，50m)的位置，該參數所在的實際位置可能在b點上，b點與之前記載的a點之間可能會存在很小的誤差，但該誤差基本不會對機器人的清掃工作造成影響。但如果不做定期校準，陀螺儀角度誤差積累得越來越大，導致機器人定位的精度越來越低，就會對機器人的清掃工作造成影響。

本發明就是提供了一種自移動機器人位姿校準系統和方法，通過在校準模式下以機器人的工作時間達到預設時間或行走距離達到預設距離作為前提，并通過至少三個對接參照點來完成機器人與基座的正確對接；合理調整機器人位姿，保證機器人與基座對接準確，安裝部件簡單、節約成本、準確率高且使用方便。

具體來說，本發明所提供的自移動機器人位姿校準系統，包括機器人和基座，所述機器人上設有控制中心和滾輪，至少三個對接參照點包括第一位姿校準開關、第二位姿校準開關和至少一個第一觸點端子d。其中的第一位姿校準開關和第二位姿校準開關可以包括多種類型，比如：可以是分別設置在所述基座底板上的第一輕觸開關a和第二輕觸開關b，其設置位置與所述機器人進入所述基座底板對正后的滾輪位置相對應；還可以是分別對應設置在所述基座上的光信號發射裝置或光信號接收裝置。同時，光信號發射裝置或光信號接收裝置在基座上的設置位置也可以有多種選擇方式，比如：可以設置在基座的底 板、背板或頂板上。

相對應的，機器人上的對接點也可以包括多種類型，比如：可以是機器人的兩個滾輪；還可以是機器人上的兩個光信號接收裝置或光信號發射裝置。同樣地，所述機器人上的兩個光信號接收裝置或光信號發射裝置可以設置在機器人底部或側邊、頂部。

為了使安裝部件簡單、節約成本，有效利用自移動機器人位姿校準系統中現有的裝置，所述機器人底部的光信號發射裝置或光信號接收裝置可以是下視傳感器。另外，為了保證機器人處于基座底板的有效位置上，所述基座底板上對應滾輪的位置且在靠近基座的背板的一側方向分別設有兩個擋止部。

除了上述的至少三個對接參照點之外，為了提高精度，所述系統還可以包括設置在所述底座上的第二觸點端子e，此時，校準裝置(基座或充電座)上設置的對接參照點為四個，且第一輕觸開關a和第二輕觸開關b、第一觸點端子d和第二觸點端子e分別相對于基座的底座中心線對稱設置。

根據需要，所述機器人上還設有引導信號發射點c，可發射引導信號來引導機器人向基座移動，且引導信號發射點c、第一觸點端子d和第二觸點端子e中任一個可發射編碼信號來幫助機器人調整位姿與基座正確對接。當然，也可以利用基座上的其它發射裝置發射編碼信號來幫助機器人調整位姿與基座正確對接。

以上對本發明技術方案的整體思路進行了描述，以下則通過具體的實施例，對本發明的技術方案進行詳細地說明。

實施例一

圖2為本發明實施例一的結構示意圖。如圖2所示，在本實施例中，在校準裝置，即：基座10的底板20上設置第一輕觸開關a和第二輕觸開關b，第一觸點端子d和第二觸點端子e，機器人在基座的引導信號下回到校準裝置的正前方，在進入校準裝置時，機器人(圖中未示出)上的對接點，即：滾輪對接上第一輕觸開關a和第二輕觸開關b，且對接上第一觸點端子d和/或第二觸點端子e之后，則機器人 與基座完成了正確對接，可以進一步對設置在機器人上的位姿傳感器進行校準。所述的位姿傳感器通常采用角度傳感器或陀螺儀等。

更進一步地，第一輕觸開關a和第二輕觸開關b的對應前方，即：靠近基座10的背板30的一側方向位置設置兩個擋止部40。該擋止部40用來防止機器人的滾輪與第一輕觸開關a和第二輕觸開關b對準后，繼續向前進行，具有限位和輔助定位的作用，使其進入有效位置。

更具體的，如上述可知，機器人在進入校準裝置時，機器人的兩個滾輪會接觸到第一輕觸開關a和第二輕觸開關b，若兩個滾輪與第一輕觸開關a和第二輕觸開關b都對接上之后，則認為對接成功。需要說明的是，此處已默認機器人與基座上的至少一觸點端子已對接。若僅僅只有第一輕觸開關a和第二輕觸開關b與機器人對接，而基座10上的觸點端子未與機器人對接，機器人仍會存在傾斜的情況，即機器人還沒有完成與基座10的正確對接。

但由于系統誤差，機器人在與第一輕觸開關a和第二輕觸開關b對接的過程中，有可能會出現以下四種情況：

第一種情況：

左側滾輪對接上第一輕觸開關a，但右側滾輪沒有對接上，此時底板20上的引導信號發射點c、第一觸點端子d和第二觸點端子e處中任一個可作為發射編碼信號給機器人的發射器，告知機器人已與第一輕觸開關a對接上，機器人會根據該信號獲得轉向方式，對機器人的位姿進行微調，即需要向右轉動去對接b。具體來說，引導信號發射點c、第一觸點端子d和第二觸點端子e均可以發射信號，在機器人返回基座之前，引導信號發射點c發射的是引導信號。在左、右側滾輪只有一個對準而另一個還沒有對準時，發射的不再是引導信號，而是編碼信號。比如：左側滾輪與第一輕觸開關a對準，而右側滾輪還沒有對接上，此時記錄第一輕觸開關a為1、第二輕觸開關b為0，引導信號發射點c、第一觸點端子d和第二觸點端子e中的一個對此做出反應。再比如：發射紅光或者綠光告知機器人對此進行轉向調整，也可以是通過發射不同光強來判斷第一輕觸開關a、第二輕觸開關b與哪個滾輪對接上，與哪個滾輪還沒有對接上，并據此調整機器人轉向。

當然，在實際應用中，也不是必須只能利用引導信號發射點c、第一觸點端子d和第二觸點端子e發射的信號，正常情況下，只要是設置在基座上的任意可發射信號，機器人可接收到的位置均可使用。

第二種情況：

右側滾輪對接上第二輕觸開關b，但左側滾輪沒有對接上，此時底座20上的引導信號發射點c、第一觸點端子d和第二觸點端子e中任一個可發射編碼信號給機器人，告訴機器人已對接上b，機器人會根據該信號獲得轉向方式，即需要向左轉動去對接a。

對于前兩種情況來說，如果，兩個滾輪的其中之一對接上了，另一個沒有對接上，此時對接上的滾輪不動，而另一個滾輪在基座上調整。

第三種情況：

第一輕觸開關a和第二輕觸開關b都準確對接，即對接完成。

第四種情況：

第一輕觸開關a和第二輕觸開關b都未對接上，則機器人需要從基座10上退出，根據引導信號的引導，而重新進入基座10對接。

本實施例中，為了節省資源，通常情況下，第一觸點端子和第二觸點端子通常采用基座上的充電觸點。而采用機器人上的兩個滾輪作為對接點與基座對準，不需要在機器人增加額外的傳感器來輔助校準，減少成本；且滾輪與基座的接觸面很小，有利于機器人與基座正確對接，進一步減小機器人傾斜對接基座的情況。

另外需要說明的是，上述的四種情況僅僅是以默認機器人與基座上的至少一觸點端子已對接為前提，隨后再判斷第一輕觸開關a和第二輕觸開關b是否正確對接，如果是，則完成對接動作，如果否，則使機器人調姿對正，從而完成機器人與基座的正確對接。在機器人與充電座的實際對接過程中，所包括的情況多樣，事實上，對于第一輕觸開關a和第二輕觸開關b、第一觸點端子d和第二觸點端子e來說，在絕大部分情況下，四者是可以完成同時對正的；但也會出現第一觸點端子d和第二觸點端子e先對正，通過機器人調姿來完成第一輕觸開關a和第二輕觸開關b對正；或者，第一輕觸開關a和第一觸點端 子d先對正，通過機器人調姿來完成第二輕觸開關b和第二觸點端子e對正的其他多種情形。無論哪種情況，機器人調姿對正的過程都與上述四種情況類似，在此不再贅述。

實施例二

圖3為本發明實施例二的結構示意圖。如圖3所示，本實施例與上述實施例一的不同之處在于，是通過光信號校準機器人位姿，即在基座10上設置與機器人(圖中未示出)本身下視傳感器對應的信號來校準位姿。

具體來說，可在基座10上對應機器人底部兩個下視位置處設置兩個信號發射(或接收)裝置a’和b’。在機器人進入到基座10上時，將機器人上的兩個下視傳感器的發射(或接收)功能關閉，只打開接收或(發射)功能，此時，下視傳感器的兩個接收用來接收基座的兩個發射裝置發射的信號；或者是下視傳感器的兩個發射用來發射信號，基座10上的對應下視傳感器的兩個位置處接收兩個發射信號，如果，兩個位置都接收到光信號且對接上第一觸點端子d和/或第二觸點端子e之后，說明機器人已與基座對準。需要說明的是，基座10或者機器人上可選擇設置發射裝置和接收裝置，只要兩者對應即可，即：如果基座10上設置的是發射裝置，則利用機器人底部下視傳感器的接收功能即可，反之亦然。另外，由于發射的光信號為扇形，光線覆蓋面積較大，容易造成誤差，因此，還可以進一步設置阻擋裝置，遮擋一部分光，盡量保證發射的為一束光，精確對準。

若只有一邊接收到光信號，則類似實施例一，可采用引導信號發射點c、第一觸點端子d和第二觸點端子e中任一個發射編碼信號告知機器人哪一邊已對準，調整方向，去對準另一邊，若都沒有對準，則后退重新對準。

此方式也可以在機器人的前端，側面或頂部設置發射或接收傳感器，對應基座的位置設置接收或發射傳感器，兩者對接上，認為對接成功。也就是說，在本實施例中，是通過設置在基座底座上的兩個光信號發射或接收裝置并配合至少一個觸點端子，通過三點校準的方式； 或者，配合兩個觸點端子，通過四點對準的方式來實現對機器人與基座的正確對接。

本實施例中采用光信號校準方式，利用了機器人與基座上原有的下視傳感器信號達到互相對接的目的，無需設置多余的部件，節約成本、使用方便。

綜上所述，本發明提供一種自移動機器人位姿校準系統和方法，采用相對坐標系系統時，本發明通過在校準模式下以機器人的工作時間達到預設時間或工作的行走距離達到預設距離作為前提，并通過至少三個對接參照點來完成機器人與基座的正確對接；合理調整機器人位姿，保證機器人與基座對接準確，安裝部件簡單、節約成本、準確率高且使用方便。