CN101109630A - 测量距离的信标、使用其的定位***和测量距离的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的总体构思公开了一种用于基于发射光和反射光之间的时间差来测量距离并将测量的距离信息放入光中的信标，并且公开了一种利用所述信标来检测运动***置的定位***以及定位方法。由于运动体相对于信标的相对位置可以被精确地检测，并且将具有方向性的红外激光作为光源，所以运动体可以在宽的工作区域中行进。

Description

测量距离的信标、使用其的定位***和测量距离的方法
技术领域
本发明的总体构思涉及一种用于检测移动机器人(mobile robot)的位置的定位***以及其定位方法，更具体地讲，本发明的总体构思涉及一种通过接收包含在从信标(beacon)发射出的光束中的相位信息和距离信息来检测位置的定位***以及其定位方法。
背景技术
机器人的应用领域正逐渐扩展到各个工业领域，并且各种类型的新机器人正在涌现，例如，用于家务(household affairs)的家用机器人。在过去，机器人可在受限制的空间中执行特定功能，但是现在，它可以脱离固定的轨迹自由地运动和独立地工作。
传统的机器人***包括外部光发射单元，以使可***的机器人可以检测其自身的位置。光发射单元包括多个光发射器(optical transmitters)，所述多个光发射器用于从固定位置发射定向光，例如，红外线、电磁波等。因为光的方向性，所以从光发射器发射的定向光根据各个光发射器的固定位置达到位于预定区域的机器人。
而且，各个光发射器发射包含有特定特征信息(idemity information)的定向光以使一个光发射器的定向光与从其它光发射器发射出的其它定向光区别。机器人包括多个光接收器和控制器。光接收器接收从光发射器发射的定向光并且将关于接收到的定向光的强度的信息输出到控制器。基于从光接收器供给的关于定向光的强度的信息，控制器确定机器人相对于光发射器的相对位置。
然而，由于测量光的强度时，当传统的机器人***根据光发射器和光接收器的规格而受到严重影响，所以机器人的相对位置不能基于光的强度而被精确地检测。而且，由于传播到空间中的光的能量与距光发射器的距离的平方成反比，所以基于光强度的位置测量受到光发射器和机器人之间距离的限制。
通过考虑在基于光强度来测量位置中出现的问题，韩国专利公开第10-2005-0016786号公开了一种通过接收从信标发射出来的包含相位信息的光来检测机器人的位置的机器人***。如图1所示，这个机器人***包括信标1和移动机器人2。信标1包括用于使发射器10旋转的旋转驱动器30和编码器40，该发射器10用于发射定位光，编码器40用于将通过旋转驱动器30旋转的发射器10的相位信息放到定位光中。
参照图2，旋转驱动器30包括用于使单镜(single mirror)33旋转的电机31。当单镜33由电机31旋转时，从发射器10的红外线发射器11发射出的红外线被单镜33按照预定的相位角反射。旋转驱动器30将由旋转镜子33反射的红外线的相位信息传送到编码器40，以使红外线发射器11发射包含有相位信息的红外线。通过这样执行，在移动机器人2中，位置测量单元50可以基于从接收器20的红外线接收器21接收的红外线的相位信息来测量移动机器人2的位置。
然而，如果安装了单个的信标，则机器人控制***在缺少至少三项接收到的信息的情况下就不能检测机器人的位置和方向。当相互邻近的几个接收器从邻近位置接收到三项信息时，机器人的位置和方向的精确性较差。
因此，在三个接收器都必须相互邻近的安装地小型机器人中，很难精确地测量机器人的位置和方向。
为了解决上述的问题，单个接收器被安装在机器人中并且机器人运动，以使得能够通过获得在不同的位置的三个不同的信息项来估计所述机器人的位置。然而，在这种情况下，必须进行另外的估计来获得在不同位置之间的机器人的精确的行进距离。另外，存在一种使用两个信标来检测机器人的位置的方法。然而，在这种情况下，由于信标的数量增加，所以成本增加了，并且当两个信标之间的距离较小时机器人的位置精确度变差了。
第10-2006-0068968号韩国专利公开中公布了另一种机器人***，该机器人***用于发射超声波和光以测量机器人的位置。如图3所示，这个机器人***包括信标100和移动机器人200。信标100通过由旋转驱动器130旋转的光输出单元120发射出包含相位信息的光，并且根据旋转驱动器130的旋转，通过超声波发射器110发射出超声波。光输出单元120包括用于发射红外线的光产生器121以及编码器122，该编码器122用于从相位调节器140接收由旋转驱动器130供给的相位信息并且将供给的相位信息编码到从光产生器121发射的红外线中。
参照图4，旋转驱动器130的电机131使单镜133旋转，从光产生器121发射出的红外线由单镜133按照预定角度反射。旋转驱动器130将由旋转镜子反射的红外线的相位信息传送到相位调节器140，然后相位调节器140将其再传送到编码器122。
光接收器220和超声波接收器210分别接收从信标100发射出的红外线和超声波，并且将其供给位置测量单元240。光方向检测器230利用从信标100发射出的红外线来检测机器人的行进方向，并将其供给给位置测量单元240。位置测量单元240可利用由移动机器人的光接收器222接收的相位信息，通过超声波接收器210接收到超声波的时间，和由光方向检测器230检测到的红外线发射出的方向来估计机器人的位置。
然而，虽然包含有相位信息的红外线能够发射出较远距离，但是超声波不能发射长距离，超声波具有应用范围的限制。换句话说，虽然在较远距离的移动机器人可接收到从信标发射出的红外线，但是因为超声波的接收性能差，所以当距离太远时机器人不能接收到超声波。因此，由于很难检测在大范围内的移动机器人的位置，所以移动机器人的使用范围受到限制。
发明内容
本发明的总体构思提供了一种信标以及一种利用所述信标的定位***和其定位方法，所述信标用于通过基于由信标发射的光与由信标接收的反射光之间的时间差来测量距离并将测量的距离信息放入到由信标发射的光中，来检测行进物体的位置。
本发明总体构思提供了一种信标以及一种利用所述信标的定位***和其定位方法，所述信标用于测量距离来确定位置，以通过使用具有长范围并含有相位信息和距离信息的红外激光作为光源使行进的物体可以在宽区域中被使用。
本发明总体构思提供了一种信标以及一种利用所述信标的定位***和其定位方法，所述信标基于发射光与被反射光之间的时间差来测量距离，以降低构造定位***的成本，并容易被用于小型机器人中。
本发明总体构思的其它方面和优点部分将在以下描述中阐述，部分将从描述中变得清楚，或者可以通过对本发明总体构思的实践而了解。
本发明总体构思的上述和/或其它方面和用途可以通过提供一种定位***来实现，所述定位***包括：信标；运动体，与所述信标通信，其中，所述信标基于由所述信标发射的光的发射时间与由运动体朝着信标反射的光的检测时间之间的时间差来测量运动体与信标之间的距离，所述信标发射光用于检测所述运动体的位置，所述运动体接收来自所述信标的发射光的相位信息和距离信息，以检测所述运动体相对于所述信标的相对位置。
所述信标可包括：光产生器，用于发射具有方向性的光；检测器，用于检测反射光；距离测量单元，用于基于发射光的发射光信号的时间与反射光的反射光信号的时间之间的差和光的速度来估计距离。
所述距离测量单元可包括用于将反射光的反射光信号放大的放大器。
所述光产生器可包括用于发射红外激光射线作为发射光的红外激光二极管。
所述运动体可以是相对于信标自由行进的移动机器人。
所述运动体可包括相对于信标运动的可运动的车。
所述运动体还可包括用于显示可运动的车的位置的显示器。
所述运动体可包括安装在运动体表面上用于将从信标发射的光作为反射光反射回去的光反射器。
所述光反射器可包括用于将入射光回射到信标作为反射光的反光镜。
所述信标可包括编码器，所述编码器用于对测量的距离信息和与光的发射方向对应的相位信息进行编码，并且将其发射到运动体；运动体可包括位置测量单元，所述位置测量单元基于包含在光中的距离信息和相位信息来测量运动体的相对位置。
所述编码器可以编码以包含与光的当前发射方向对应的相位信息和由先前被发射的反射光测量的距离信息。
所述编码器可产生被编码有相位信息、距离信息和信标的唯一特征信息的单个包。
本发明总体构思的上述和/或其它方面和用途可以通过提供一种具有用于检测将被测量的物体的位置并用于测量物体的距离的光的信标来实现，所述信标包括：光产生器，用于朝着物体发射具有方向性的光；反射光检测器，用于检测从所述光产生器发射并且由物体反射的光；距离测量单元，用于基于光的发射时间与反射光的检测时间之间的差来测量信标与物体之间的距离。
所述信标可包括旋转驱动器，所述旋转驱动器用于使光产生器和反射光检测器同步并旋转。
所述旋转驱动器可包括一体地连接到光产生器上和反射光检测器的电机和旋转轴，用于产生使光产生器和反射光检测器旋转的驱动力。
所述信标可包括：相位调节器，用于对旋转驱动器施加驱动信号，以调节光的发射方向，并且输出与光的发射方向相对应的相位信息；编码器，用于对相位调节器的相位信息和由距离测量单元测量的距离信息进行编码，将编码的信息放入由光产生器发射的光中。
所述旋转驱动器可包括：至少一个单镜，用于转换来自光产生器的发射光的传播方向和由物体回射的光的传播方向；电机，使所述单镜旋转；旋转轴，用于将所述单镜连接到电机。
所述光产生器和反射光检测器可被布置在所述单镜的侧部。
当所述电机的侧部单独设置有所述至少一个单镜时，光产生器在所述电机的第一侧朝着所述单镜中的一个发射光，反射光检测器在所述电机的第二侧接收由所述单镜反射的反射光，光产生器和反射光检测器沿着纵向布置。
本发明总体构思的上述和/或其它方面和用途可以通过提供一种检测运动***置的定位***的定位方法来实现，在定位***中，运动体在距信标一定距离的工作区域中运动，所述信标位于固定位置，所述定位方法包括：从信标发射具有方向性的光；通过接收由运动体反射的光的信标来测量信标和运动体之间的距离；将测量的距离信息和与光的发射方向对应的相位信息编码到所述光中；通过接收被编码的光的运动体，基于包含在从信标发射的被编码的光中的相位信息和距离信息来检测运动体的位置。
对所述信息进行编码可包括对信标的唯一特征信息进行编码，对相位信息、距离信息和唯一的特征信息以单个包的形式进行编码。
所述距离信息可包括通过检测先前发射的光而测量得到的信息，所述相位信息可包括当前发射的光的相位信息。
所述运动体可包括移动机器人，所述移动机器人可检测其自身的位置并相对于信标自由行进。
所述运动体可包括可运动的车，所述可运动的车具有用于显示可运动的车的位置的显示器。
本发明总体构思的上述和/或其它方面和用途可以通过提供一种含有计算机可读符号的计算机可读记录介质来实现，所述计算机可读符号用于执行检测物体的位置的方法，所述方法包括：从信标发射具有方向性的光；通过接收由物体反射的光的信标来测量信标和物体之间的距离；将测量的距离信息和与光的发射方向对应的相位信息编码到所述光中；基于包含在从信标朝着物体发射的光中的相位信息和距离信息来检测物体的位置。
本发明总体构思的上述和/或其它方面和用途可以通过提供一种与物体通信以确定物***置的信标来实现，所述信标包括：光产生器，用于朝着物体发射第一光和第二光；反射光检测器，用于检测来自所述物体的第一光的反射光；距离测量单元，用于根据所述第一光发射的第一时间与被检测的反射光的第二时间之间的时间差来测量物体与信标之间的距离；编码器，用于将在包中的关于测量距离的信息编码到将被发射到物体的第二光中。
本发明总体构思的上述和/或其它方面和用途可以通过提供一种与信标通信的移动机器人来实现，所述移动机器人包括：光反射器，用于反射信标的第一光；光接收器，用于接收信标的第二光；位置测量单元，用于根据包含在信标的第二光中的信息来测量光接收器的位置。
本发明总体构思的上述和/或其它方面和用途可以通过提供一种定位***来实现，所述定位***包括：信标，与移动机器人通信以确定移动机器人的位置；移动机器人，与信标通信。所述信标包括：光产生器，用于朝着移动机器人发射第一光和第二光；反射光检测器，用于检测来自所述移动机器人的第一光的反射光；距离测量单元，用于根据所述第一光发射的第一时间与被检测的反射光的第二时间之间的时间差来测量移动机器人与信标之间的距离；编码器，用于将在包中的关于测量距离的信息编码到将被发射到移动机器人的第二光中。所述移动机器人包括：光反射器，用于反射信标的第一光；光接收器，用于接收信标的第二光；位置测量单元，用于根据包含在信标的第二光中的信息来测量光接收器的位置。
附图说明
通过下面参照附图对实施例进行的描述，本发明总体构思的这些和/其它方面和优点将会变得清楚和更加容易理解，其中：
图1是示出用于通过发射包含相位信息的光来检测位置的传统的机器人***的方框图；
图2是示出在图1的传统机器人***中使用旋转驱动器来发射预定角度的光的操作的视图；
图3是示出用于通过发射包含红外线的相位信息的光来检测位置的传统机器人***的方框图；
图4是示出在图3的传统机器人***中利用旋转驱动器来发射预定角度的光和超生波的操作的视图；
图5是示出根据本发明总体构思的实施例通过发射包含相位信息和距离信息的光来检测位置的机器人***的方框图；
图6是示出在图5的机器人***中利用旋转驱动器来发射光束的同时，对反射光束进行检测的视图；
图7是示出在图5和图6的机器人中光束从位于预定高度的光产生器发射到移动机器人的视图，其中，光接收器和光反射器被附着到移动机器人上；
图8是示意性地示出在图5和图6的机器人***中用于使入射光回射的光反射器的视图；
图9是示出当在图5和图6的机器人***中从光产生器发射的红外激光射线到达预定距离时出现的光束发散性的视图；
图10是示出根据本发明总体构思的实施例利用被发射的光信号和被反射的光信号之间的时间差将距离信息输出到图5的机器人***中的编码器的距离测量单元的视图，被发射的光信号从光产生器被接收，被反射的光信号从反射光检测器被接收；
图11是示出在图10的距离测量单元中的比较器中被发射的光信号和被反射的光信号之间的时间差的视图；
图12是示出通过图5的机器人***中的定位装置执行的行进方向和位置的估计的视图；
图13是示出根据本发明总体构思的实施例检测机器人的位置和行进方向的方法的流程图；
图14是示出根据本发明总体构思的实施例在发射光束的同时在机器人***中利用单镜来检测反射光束的视图；
图15是示出根据本发明总体构思的实施例在发射光束的同时在机器人***中利用两个镜子来检测反射光束的视图；
图16是示出根据本发明总体构思的实施例的机器人的定位***的示意图。
具体实施方式
现在，将详细描述本发明总体构思的实施例，其示例在附图中示出，其中，相同的标号将始终指示相同的元件。以下将参照附图来描述实施例以解释本发明的总体构思。
如图5和图6所示，根据本发明总体构思实施例的机器人***包括：单个信标300，用于发射光束TL；移动机器人400，用于接收光束TL以与信标通信。
移动机器人400利用从信标300发射的光束TL来检测相对于信标300的相对位置，并且在工作区域自由地运动。
基于信标300检测到的当光束TL被发射时的时间和当光束RL由移动机器人400被反射时的时间之间的时间差，信标300发射光束TL并且测量信标300和移动机器人400之间的距离。
信标300包括用于输出具有方向性的光束TL的光产生器310。为了调节从光产生器310输出的光束TL的发射方向，相位调节器340将驱动信号应用到旋转驱动器330。旋转驱动器330响应相位调节器340的驱动信号使光产生器310旋转。
如图6所示，旋转驱动器330包括将电机331连接到光产生器310上的旋转轴332。旋转轴332被连接到光产生器310以将电机的驱动力传递到光产生器310。电机331使旋转轴332旋转，从而光产生器310以预定的角速度旋转。这里，电机331在360度内旋转或者在预定角度内往复运动，以调节从光产生器310发射的光束TL的发射方向。
移动机器人400包括光接收器410和光反射器420，该光接收器410用于接收从光产生器310发射的光束TL，光反射器420用于将发射光束作为光束RL反射回信标300，以使信标300测量信标300与移动机器人400之间的距离。光反射器420可用将入射光束作为反射光束RL反射回信标300的反光镜(retroreflector)。
信标300包括用于检测由光反射器420回射的反射光束RL的反射光检测器320。反射光检测器320可包括至少一个透镜(未显示)，用于仅收集反射光束RL并且将反射光检测信号输出到距离测量单元325，反射光检测信号由于检测的反射光束RL产生。
旋转驱动器330包括将电机331连接到反射光检测器320上的旋转轴333。旋转轴333被连接到反射光检测器320以将电机的驱动力传递到反射光检测器320。电机331使旋转轴333旋转，从而反射光检测器320以预定的角速度旋转。如图5和图6所示，连接到光产生器310上的旋转轴332和连接到反射光检测器320上的旋转轴333一起同步旋转，从而发射光束TL的光产生器310与检测一起运动的反射光束RL的反射光检测器320同相位。如图6所示，从光产生器310发射的光束TL由移动机器人400的光反射器420反射，然后反射光束RL进入反射光检测器320。
光产生器310是产生具有方向性的光束的光源，所述光束可以到达远距离的移动机器人，并且光产生器310可以包括红外激光二极管以发射具有850nm波长的红外激光射线，将其作为光束TL。
相位调节器340通过旋转驱动器330调节红外激光射线TL的发射方向，以使从光产生器310发射出的红外激光射线TL沿着与相位信息Φ相应的方向发射。而且，相位调节器340将关于红外激光射线TL的发射方向的相位信息Φ传送到编码器350。
由于从光产生器310发射出的红外激光射线TL具有方向性，所以光产生器310可以与地平行的安装。如图7所示，光产生器310可以位于预定的高度H，并且发射红外激光射线TL，所述高度H与光接收器410在移动机器人400上安装的位置对应。
通常，由于移动机器人400在工作区自由行进的同时执行给定的工作，所以为了使行进中的移动机器人400接收从光产生器310发射的红外激光射线TL，在移动机器人400的外部可分布多个光接收器410来增加红外激光射线TL的接收效率。在多个光接收器410安装的位置，可通过利用由多个光接收器410中的至少一个接收的红外激光射线TL来确定移动机器人400的位置。
而且，为了增加反射光检测器320的接收效率，在光接收器410上侧和下侧的多个位置上可以布置光反射器420，光反射器420用于反射从光产生器310发射的红外激光射线TL使其成为反射光束RL，在这种情况下，即反射红外激光射线RL。
光反射器420的每一个可从将光束反射到发光器中的各种结构中选择。例如，如图8所示，光反射器420可以构造成多个球形体421，所述多个球形体竖直地排列并且它们中的每个都具有用于通过其后面的反射表面将通过其入射表面进入的红外激光射线RL回射(retroflect)到信标300的结构422。
如图9所示，例如，当从光产生器310发射的红外激光射线TL到达预定距离ddiv时发散，从而如果距离ddiv是100m，则红外激光射线TL分散并且其直径r可以是1m。由于红外激光射线TL在远一点的距离可以分散得更大，定位效率也更差，所以移动机器人的工作区域可以通过考虑红外激光射线TL的特性来确定。因此，虽然发射到适当确定的工作区域的红外激光射线TL在预定的距离ddiv处发散，但是发射的激光射线TL由邻近光接收器410的光反射器420回射，并且进入反射光检测器320，从而红外激光射线TL可以被用于测量信标300与运动的移动机器人400之间的距离。
参照图5，基于与来自光产生器310的发射红外激光射线TL对应的信号以及与来自反射光检测器320的反射红外激光射线RL对应的信号，距离测量单元325测量信标300与移动机器人400之间的距离，并且将测量的距离信息d传送到编码器350。
如图10所示，距离测量单元325可以包括放大器326和比较器327，该放大器326可将从反射光检测器320接收的反射光信号RL按照预定的放大率放大，该比较器327用于将由放大器326放大的被放大的反射光信号RL与由光产生器310供给的发射光信号TL进行比较。在进入反射光检测器320的反射红外激光射线RL较弱并且不足以来执行用于比较信号处理的情况下，放大器326将反射光信号RL放大以具有预定的等级。
距离测量单元325可利用飞行时间测量法(Time-of-Flight Measurement)测量信标300与移动机器人400之间的距离。参照图11，比较器327检测与时间差t1对应的距离d并且将其距离信息发送到编码器350，该时间差t1是发射红外激光射线TL的发射光信号TLs的时间与反射红外激光射线RL的反射光信号RL的时间之间的差。这里，可以利用光的速度c与发射红外激光射线TL的发射时间与反射红外激光射线RL的检测时间之间的差来估计距离d＝c*t1。
除了飞行时间测量之外，还可以使用变位移相测量和调频连续波(FMCW)测量来作为测量根据本发明总体构思的信标300与移动机器人400之间的距离的其它方法。
编码器350还可以对从距离测量单元325接收的辅助信息进行编码，例如，对从相位调节器340接收到的相位信息、距离信息和信标300的唯一的特征信息ID进行编码，并且将所述信息编码成从光产生器310输出的红外激光射线TL。通过按键法(keying method)，例如相移键控法(phase shift keying)或者频移键控法(frequency shift keying)，对辅助信息的编码可以在编码器中执行。
而且，在从光产生器310发射红外激光射线TL的情况下，可以根据一种无线通信协议(例如，IrDA(红外线数据标准协会))执行红外线通信。在这种情况下，辅助信息(即，相位信息、距离信息和唯一的特征信息ID)被附到包头上以形成包，并且该包可以通过红外激光射线TL来发射。
移动机器人400包括光方向检测器430和位置测量单元440，该光方向检测器430用于检测发射光的进入方向，该位置测量单元440用于检测移动机器人400的相对位置。
光方向检测器430可以包括用于聚集光的透镜(未显示)以及用于检测通过所述透镜被聚集的光的位置的位置二极管(未显示)，并且光方向检测器430将关于聚集位置的信息供给到位置测量单元440。实现光方向检测器430的构造已经作为传统技术中的一种进行了描述，并且在第10-2006-0068968号韩国专利公开中进行了公布。
参照图12，位置测量单元440可以基于在通过光接收器410接收到的红外激光射线TL中包含的相位信息Φ和距离信息d来检测移动机器人的位置(x，y)。这里，(x，y)＝(dcosΦ，dsinΦ)其中，Φ是相位信息。
位置测量单元440可以从关于聚集位置的信息来估计红外激光的入射角度ψ以及从入射角ψ来估计机器人的行进方向θ＝Φ-ψ，所述关于聚集位置的信息从光方向检测器430接收到。
以下将描述根据本发明总体构思的实施例的操作方法，该操作方法为，信标300将红外激光射线TL发射到移动机器人400，通过红外激光射线TL的发射与被反射的红外激光射线RL的接收之间的时间差来测量距离，利用包含在被发射的红外激光射线TL中的辅助信息来检测移动机器人400的行进方向θ和位置。
首先，在通过旋转驱动器330使光产生器310和反射光检测器320旋转一次的期间，在光产生器310发射n次红外激光射线TL的情况下，将描述根据本发明总体构思的实施例的操作方法。
图13是示出根据本发明总体构思的实施例在机器人***中检测位置和行进方向的方法的流程图。参照图5和图6，为了响应于相位调节器340的驱动信号，调节红外激光射线TL的发射方向，旋转驱动器330使光产生器310旋转(500)
光产生器310发射包含有通过编码器350编码的信息的红外激光射线TL(510)。
被发射的红外激光射线TL被发送到移动机器人400，由移动机器人400的光反射器420将其作为被反射的红外激光射线RL回射，然后进入发射方，即信标300的反射光检测器320(520)。
反射光检测器320检测反射红外激光射线RL，并且将反射光检测信号RLs发送到距离测量单元325。距离测量单元325将通过飞行时间测量法测量到的距离信息发送到编码器350，飞行时间测量法利用反射光信号RLs的检测时间与从光产生器接收的发射光的发射时间之间的差来测量距离(530)。
相位调节器340将与将被发送的红外激光射线TL的发射方向对应的相位信息传送到编码器350。编码器350对当前(第n次)的相位信息、从距离测量单元325接收的前一次(第n-1次)的距离信息以及信标的唯一的特征信息ID进行编码(540)，光产生器310将被编码的辅助信息放入到第二红外激光射线TL，并且将该第二红外激光射线TL作为红外激光射线TL发射到移动机器人(550)。
光接收器410接收第二发射红外激光射线TL，并且将其发送到位置测量单元440，光方向检测器430将关于红外激光射线TL的聚集位置的信息发送到位置测量单元440。位置测量单元440基于包含在第二红外激光射线TL中的相位信息和距离信息来估计移动机器人的位置(560)，并且基于红外激光的入射角ψ和相位信息Φ来估计移动机器人400的行进方向(570)。此后，重复操作500至570以继续检测移动机器人400的行进方向和位置的操作。
根据本发明总体构思的上述实施例，可以通过一体地形成具有电机的旋转轴、光产生器和反射光检测器来构成旋转驱动器，旋转轴传递电机的驱动力，但是本发明的总体构思不限于此。由于光产生器和反射光检测器可以与电机的旋转轴一体地形成，所以为了平稳地旋转，需要高功率电机，这样增加了所需电机的尺寸。而且，在预定方向旋转的情况下，由于将光产生器连接到反射光检测器的电线会缠结，所以需要对旋转范围进行限制。同样地，虽然旋转驱动器可以在限制范围内往复旋转，但是必须精确地控制电机的加速和减速，以使旋转驱动器往复旋转来改变光束的发射方向。
考虑到上述因素，以下将参照图14和图15来描述根据本发明总体构思的下述实施例。由于利用发射光束和反射光束来检测移动机器人的位置和行进方向的方法是相同的，所以将省略对其的详细描述。
首先，如图14所示，可以采用利用单镜的发射光束和检测反射光束的方法，其中，保证了较大宽度的安装空间。
参照图5和图14，旋转驱动器330包括用于将电机334连接到单镜360上的旋转轴335。在单镜360之上，布置发射具有方向性的红外激光射线TL的光产生器311以及用于检测由移动机器人400的光反射器420回射的反射红外激光射线RL的反射光检测器321。
单镜360改变按照预定入射角发射的红外激光射线TL的传播方向，使其使朝着移动机器人400的光反射器420，并且该移动机器人回射并返回的反射红外激光射线RL的传播方向，使其朝着反射光检测器321。
这样，当利用单镜360时，为了使发射红外激光射线TL的传播方向与反射红外激光射线RL的传播方向相互平行，光产生器310和反射光检测器321可以在单镜360的侧部设置成平行。
如果由于安装环境的限制很难将光产生器和反射光检测器设置成平行，则可以采用根据本发明的总体构思的利用两个单镜的发射光束并检测反射光束的方法，如图15所示。
参照图5和图15，旋转驱动器330包括用于分别将电机336连接到两个单镜361和362上的旋转轴337和338，两个单镜361和362分别设置在电机336的上侧和下侧。在上面的单镜361之上，设置有用于发射具有方向性的红外激光射线TL的光产生器312，在下面的单镜362之下，设置有用于检测由移动机器人400的光反射器420回射的反射红外激光射线RL的反射光检测器322。通过这样设置，光产生器312、上面的单镜361、反射光检测器322和下面的单镜362与电机336的旋转轴337和338在电机336的侧部对齐，从而旋转驱动器330可以应用在确保竖直的延伸范围的安装环境中。
在以上的实施例中，已经考虑到用移动机器人来描述了本发明的总体构思，该移动机器人接收包含在从信标发射的红外激光射线TL中的相位信息Φ和距离信息d，以检测机器人的位置并利用检测到的位置来执行给定的任务。然而，根据本发明的总体构思的定位***不限于***的移动机器人。例如，如图16所示，用于确定位置的定位单元400a可以安装在可以运动的车401a上，从而定位单元400a接收从信标300a发射的光束，以通过分析包含在接收到的光束中的位置信息和距离信息来检测车的位置并且在信息显示器402a上显示检测到的位置信息。这里，可以通过采用本发明总体构思的上述实施例的构造来执行用于将相位信息和距离信息编码到光束中并发射光束的信标300a的整个操作。通过这样做，可运动的车401a的用户可以容易地检查在信息显示器402a上显示的可运动的车的位置，具体地讲，可以有效地执行在大型仓库中执行的物体的运输。
本发明总体构思的上述方法可以体现在计算机可读记录介质中。
如上所述，可以利用通过发射光束的发射时间以及反射光束的检测时间之间的差测量的距离信息来被精确地检测运动物体，例如，移动机器人、移动车等的位置。
由于本发明的总体构思可以使用具有长范围的红外激光作为位置确定光源来检测位置，所以根据本发明总体构思的定位***可以应用到更广的工作区域。
由于使用单个信标来检测位置，所以本发明的总体构思节约构造***的成本并且容易地应用到小型的机器人中。
由于本发明的总体构思采用了由电机使单镜旋转来发射光束并接收反射光束的方法，所以可以使用低功率的电机。而且，由于可以通过改变单镜的数量和组件的布置使信标的安装容易，所以便于其使用。
虽然已经显示并描述了本发明总体构思的几个实施例，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明总体构思的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行改变，本发明的总体构思由权利要求及其等同物限定。

Claims (28)

1.一种定位***，包括：
信标；
运动体，与所述信标通信，
其中，所述信标基于由所述信标发射的光的发射时间与由运动体朝着信标反射的光的检测时间之间的时间差来测量运动体与信标之间的距离，所述信标发射光以用于检测所述运动体的位置，所述运动体接收来自所述信标的发射光的相位信息和距离信息，以检测所述运动体相对于所述信标的相对位置。
2.如权利要求1所述的定位***，其中，所述信标包括：
光产生器，用于发射具有方向性的光；
检测器，用于检测反射光；
距离测量单元，用于基于发射光的发射光信号的时间与反射光的反射光信号的时间之间的差和光的速度来估计距离。
3.如权利要求2所述的定位***，其中，所述距离测量单元包括用于将反射光的反射光信号放大的放大器。
4.如权利要求2所述的定位***，其中，所述光产生器包括用于发射红外激光射线作为发射光的红外激光二极管。
5.如权利要求1所述的定位***，其中，所述运动体包括相对于信标自由行进的移动机器人。
6.如权利要求1所述的定位***，其中，所述运动体包括相对于信标运动的可运动的车。
7.如权利要求6所述的定位***，其中，所述运动体还包括用于显示可运动车的位置的显示器。
8.如权利要求1所述的定位***，其中，所述运动体包括安装在运动体表面上用于将从信标发射的光作为反射光反射回去的光反射器。
9.如权利要求8所述的定位***，其中，所述光反射器包括用于将入射光回射到信标作为反射光的反光镜。
10.如权利要求1所述的定位***，其中，所述信标还包括编码器，所述编码器用于对测量到的距离信息和与光的发射方向对应的相位信息进行编码，并且将其发射到运动体；
运动体还包括位置测量单元，所述位置测量单元基于包含在光中的距离信息和相位信息来测量运动体的相对位置。
11.如权利要求10所述的定位***，其中，所述编码器编码以包含与光的当前发射方向对应的相位信息和由先前被发射的反射光测量到的距离信息。
12.如权利要求11所述的定位***，其中，所述编码器产生被编码有相位信息、距离信息和信标的唯一特征信息的单个包。
13.一种具有用于检测将被测量的物体的位置并用于测量物体的距离的光的信标，所述信标包括：
光产生器，用于朝着物体发射具有方向性的光；
反射光检测器，用于检测从所述光产生器发射并且由物体反射的光；
距离测量单元，用于基于光的发射时间与反射光的检测时间之间的差来测量信标与物体之间的距离。
14.如权利要求13所述的信标，还包括：
旋转驱动器，用于使光产生器和反射光检测器同步并旋转。
15.如权利要求14所述的信标，其中，所述旋转驱动器包括一体地连接到光产生器和反射光检测器上的电机和旋转轴，用于产生使光产生器和反射光检测器旋转的驱动力。
16.如权利要求14的所述信标，还包括：
相位调节器，用于对旋转驱动器施加驱动信号，以调节光的发射方向，并且输出与光的发射方向相对应的相位信息；
编码器，用于对相位调节器的相位信息和由距离测量单元测量的距离信息进行编码，将编码的信息放入由光产生器发射的光中。
17.如权利要求14所述的信标，其中，所述旋转驱动器包括：
至少一个单镜，用于转换来自光产生器的发射光的传播方向和由物体回射的光的传播方向；
电机，使所述单镜旋转；
旋转轴，用于将所述单镜连接到电机。
18.如权利要求17所述的信标，其中，所述光产生器和反射光检测器被布置在所述单镜的侧部。
19.如权利要求17所述的信标，其中，当所述电机的侧部单独设置有所述至少一个单镜时，光产生器在所述电机的第一侧朝着所述单镜中的一个发射光，反射光检测器在所述电机的第二侧接收由单镜反射的反射光，光产生器和反射光检测器沿着纵向布置。
20.一种检测运动***置的定位***的定位方法，在定位***中，运动体在距固定位置的信标远距离的工作区域中运动，所述定位方法包括：
从信标发射具有方向性的光；
通过接收由运动体反射的光的信标来测量信标和运动体之间的距离；
将测量的距离信息和与光的发射方向对应的相位信息编码到所述光中；
通过接收被编码的光的运动体，基于包含在从信标发射的被编码的光中的相位信息和距离信息来检测运动体的位置。
21.如权利要求20所述的定位方法，其中，对所述信息进行编码包括对信标的唯一特征信息进行编码，对相位信息、距离信息和唯一的特征信息以单个包的形式进行编码。
22.如权利要求21所述的定位方法，其中，所述距离信息包括通过检测先前发射的光而测量得到的信息，所述相位信息包括当前发射的光的相位信息。
23.如权利要求20所述的定位方法，其中，所述运动体包括移动机器人，所述移动机器人检测其自身的位置并相对于信标自由行进。
24.如权利要求20所述的定位方法，其中，所述运动体包括可运动的车，所述可运动的车具有用于显示可运动的车的位置的显示器。
25.一种含有计算机可读符号的计算机可读记录介质，所述计算机可读符号用于执行检测物体的位置的方法，所述方法包括：
从信标发射具有方向性的光；
通过接收由物体反射的光的信标来测量信标和物体之间的距离；
将测量的距离信息和与光的发射方向对应的相位信息编码到所述光中；
基于包含在从信标朝着物体发射的光中的相位信息和距离信息来检测物体的位置。
26.一种与物体通信以确定物***置的信标，所述信标包括：
光产生器，用于朝着物体发射第一光和第二光；
反射光检测器，用于检测来自所述物体的第一光的反射光；
距离测量单元，用于根据所述第一光发射的第一时间与被检测的反射光的第二时间之间的时间差来测量物体与信标之间的距离；
编码器，用于将在包中的关于测量距离的信息编码到将被发射到物体的第二光中。
27.一种与信标通信的移动机器人，所述移动机器人包括：
光反射器，用于反射信标的第一光；
光接收器，用于接收信标的第二光；
位置测量单元，用于根据包含在信标的第二光中的信息来测量光接收器的位置。
28.一种定位***，包括：
信标，与移动机器人通信以确定移动机器人的位置，所述信标包括：
光产生器，用于朝着移动机器人发射第一光和第二光；
反射光检测器，用于检测来自所述移动机器人的第一光的反射光；
距离测量单元，用于根据所述第一光发射的第一时间与被检测的反射光的第二时间之间的时间差来测量移动机器人与信标之间的距离；
编码器，用于将在包中的关于测量距离的信息编码到将被发射到移动机器人的第二光中；
移动机器人，与信标通信，所述移动机器人包括：
光反射器，用于反射信标的第一光；
光接收器，用于接收信标的第二光；
位置测量单元，用于根据包含在信标的第二光中的信息来测量光接收器的位置。
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