CN109008806A - 一种基于led智能灯定位的扫地机器人定位***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于LED灯定位的扫地机器人定位***，扫地机器人内部设有光发射器及LED定位光源，扫地机器人的外部设有光接收器，光发射器与光接收器之间设有遮光片，遮光片开设有二个圆孔，遮光片后面平行设置有一个投影平面，还包括用于获取LED定位光源发出的光线通过遮光片二个圆孔后在该投影平面的二个投影坐标的坐标获取传感器装置，以及用于计算出扫地机器人的坐标位置的***运算单元，***运算单元与光发射器、光接收器分别通过无线或者有线方式连接。本发明还公开了一种基于LED灯定位的扫地机器人定位方法，本发明整个定位过程避免各种电磁干扰，从而显著提高机器人的定位精度，减少误定位，减少误匹配的概率。

Description

一种基于LED智能灯定位的扫地机器人定位***及方法

技术领域

本专利涉及一种LED定位技术领域，特别涉及一种基于LED灯定位的扫地机器人定位***及方法。

背景技术

扫地机器人又称自动打扫机、智能吸尘、机器人吸尘器等，是智能家用电器的一种，能凭借一定的人工智能，自动在房间内完成地板清理工作。一般采用刷扫和真空方式，将地面杂物先吸纳进入自身的垃圾收纳盒，从而完成地面清理的功能。现有的扫地机器人在清扫时可以选择不同的清扫模式，比如随机清扫模式、全覆盖清扫模式等。其中全覆盖清扫模式需要规划清扫轨迹等，需要扫地机器人能够进行较为准确的自主定位。因此如何提高机器人的定位精度，减少误定位在机器人智能化过程中有着重要的意义。

此外，目前扫地机器人都是利用激光雷达进行定位，这种定位成本高，寿命短，抗干扰能力不强。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于LED智能灯定位的扫地机器人定位方法，本发明解决其技术问题所采用的技术方案，是通过以下技术方案来实现的：

一种基于LED灯定位的扫地机器人定位***，包括：

所述扫地机器人内部设有光发射器及LED定位光源，所述扫地机器人的外部设有与光发射器匹配的光接收器，所述光发射器与光接收器之间设有遮光片，所述遮光片开设有二个圆孔，所述遮光片后面平行设置有一个投影平面，所述基于LED灯定位的扫地机器人定位***还包括用于获取LED发出的光线通过遮光板二个圆孔后在该投影平面的二个投影坐标的坐标获取传感器装置，以及用于根据已知的遮光板二个圆孔的坐标形成二个直线方程，从而计算出扫地机器人的坐标位置的***运算单元，所述***运算单元通过无线或者有线方式与光发射器、光接收器连接。

进一步的，所述坐标获取传感器装置为摄像头视觉拾取投影组件或者线性CCD传感器组件。

进一步的，所述LED定位光源为LED平行光源。

具体的， 所述LED平行光源包括PCB板、LED灯珠及凸透镜，所述LED灯珠分布于PCB板上，所述LED灯珠固定于凸透镜的焦点位置处。通过将LED灯珠发出的点光源固定在凸透镜的焦点位置处，透过凸透镜折射即产生一束平行光。

基于同一构思，本发明还提供一种基于LED灯定位的扫地机器人定位方法，包括以下步骤：

S1、在所述扫地机器人内部设置光发射器及LED定位光源，所述智能机器人的外部设置与光发射器匹配的光接收器，所述光发射器与光接收器之间设有遮光片，所述遮光片开设有二个圆孔，所述遮光片后面平行设置有一个投影平面；

S2、当光发射器的LED灯发光时，光线经过遮光片二个圆孔后会在投影平面上投射出二个的投影，利用坐标获取传感器装置分别拾取该投影，通过处理获得该二个投影坐标信息；

S3、将该二个投影坐标信息与已知的遮光板二个圆孔的坐标信息形成二个直线方程，二个直线方程交点即为扫地机器人的坐标位置。

具体的，所述步骤S3的具体为：

S301、设定LED定位光源坐标为G(x,y)，原点为O（0,0），,两者形成的坐标平面与房间地面平行，在X轴上距离原点为f的负方向设置一个点W(0，-f)，（f的数值是CCD线性传感器或者摄像头的焦距），以W点为中心，平行于Y轴，放置一个条形状的坐标获取传感器装置，坐标获取传感器装置对准投影平面，这样能够对投影平面上的投影进行拍照；

S302、在X轴的正方向，距离原点为k的地方，平行于投影平面设置一个遮光板，在坐标平面上以X轴为对称在遮光板上开二个对称小通孔A，B，其坐标分别A(k,t),B(k,-t)；

S303、由于扫地机器人上的LED定位光源和遮光板小通孔都位于坐标平面内，发光后，其发出的光线经过遮光板A,B二个圆孔，分别在投影平面上的Y轴上留下C和D二个阴影，通过投影平面正背后的坐标获取传感器装置抓取，就可以测量计算出其坐标为C[0,m],D[0,n] ；

S304、根据已知的二点A(k,t),C(0,m)的坐标，得出AC的直线方程：

(x-k)/(y-t)=(0-k)/(m-t)

S305、根据已知 B［k,(-t)］,D(0,n)的坐标，得出BD的直线方程：

(x-k)/［y-(-t)］=(0-k)/[n-(-t)]

S306、根据已知的k,t，以及m,n通过拍照抓取后计算得知，通过计算直线AC与直线BD的交点g(x,y)即为扫地机器人上LED定位灯的坐标位置。

1、本发明的基于LED灯定位的扫地机器人定位***及方法，当扫地机器人需要定位时，光发射器控制LED定位光源发光，同时发通信信号给光接收器，光接收器接收到通信信号和LED光后，对投影进行抓取并测量出坐标，通过前面公式计算出扫地机器人坐标位置，然后把坐标位置再发给扫地机器人，整个定位过程避免各种电磁干扰，从而显著提高机器人的定位精度，减少误定位，减少相似环境中视觉重定位出现误匹配的概率。

2、本发明使扫地机器人不需要依赖激光雷达等高成本***件，且LED寿命长，抗干扰能力强。

附图说明

图1为本发明基于LED灯定位的扫地机器人定位***的结构示意图。

图2为LED定位光源结构示意图。

图3为LED定位光源产生平行光的结构示意图。

图4为光发射器的模块框图。

具体实施方式

如图1-图4，本发明已提供一种基于LED灯定位的扫地机器人定位***，所述扫地机器人3内部设有光发射器2及LED定位光源2-1，所述扫地机器人3的外部设有与光发射器2匹配的光接收器1，所述光发射器2与光接收器1之间设有遮光片1-3，所述遮光片1-3开设有二个圆孔，所述遮光片后面平行设置有一个投影平面1-2，所述基于LED灯定位的智能机器人定位***还包括用于获取LED发出的光线通过遮光板二个圆孔后在该投影平面的二个投影坐标的坐标获取传感器装置1-1，以及用于根据已知的遮光板二个圆孔的坐标形成二个直线方程，从而计算出扫地机器人的坐标位置的***运算单元（图中未示出），所述***运算单元通过无线或者有线方式与光发射器2、光接收器1连接。

本实施例中，光发射器2安装在扫地机器人3上面，其中，扫地机器人3还设有通讯模块3-1和电源3-2组成（如图3），通讯模块3-1负责通信。

结合图2与图3，所述LED定位光源为LED平行光源。所述LED平行光源包括PCB板2-1B、LED灯珠2-1A及凸透镜2-1C，所述LED灯珠分布于PCB板上，所述LED灯珠固定于凸透镜的焦点位置处。通过将LED灯珠发出的点光源固定在凸透镜的焦点位置处，透过凸透镜折射即产生一束平行光。灯珠的角度和功率以及透镜的角度可以自由选择，在这个方案中灯珠是市场普通的发光角度为120°灯珠，灯珠成圆环形状水平排列在PCB板上，灯珠发光面正对圆环形的凸透镜入光面，灯珠发光面位于凸透镜的焦点或者附近，发出的光经过凸透镜(或者反光杯) 处理形成一个向水平面360度方向发光的窄角度平行光源。灯珠颜色可以用多种，如果是用红外摄像头对阴影进行摄像和图像处理的，可以选用红外灯珠，若为紫外光摄像头，则用紫外线灯珠，若为白光摄像头，我们就用普通白光灯珠，此案例采用白光灯珠。

光接收器由光导引盒1-4，遮光板1-3，投影平面1-2，CCD线性传感器（摄像头）1-1以及图像处理通信及电源1-5组成。把光导引盒，遮光板，投影平面，CCD线性传感器（摄像头）按照前面所叙的坐标方式放好，然后安置在一个密封的装置里，防止外界光影响。光引导盒是一个前后开通的矩形盒子，水平放置，盒子后端与遮光板相连，前端对准扫地机器人移动的区域，因为一般外界光都是从上到下照射，有一定的角度，这样外界的光不能进入光引导盒，而LED定位光源的光可以无障碍进入引导盒。安装时，LED定位光源，光引导盒，遮光板二个小孔，投影平面的中心，CCD线性传感器(摄像头）中心必须在一个平面，这样LED光源发出的光才能经过二个小孔后才能被CCD线性传感器（摄像头）接收到。

当扫地机器人需要定位时，光发射器控制LED定位光源发光，同时发通信信号给光接收器，光接收器接收到通信信号和LED光后，对投影进行抓取并测量出坐标，通过前面所叙的公式计算出扫地机器人坐标位置，然后把坐标位置再发给扫地机器人。

基于同一构思，本发明还提供一种基于LED灯定位的智能机器人定位方法，包括以下步骤：

S1、在所述扫地机器人内部设置光发射器及LED定位光源，所述智能机器人的外部设置与光发射器匹配的光接收器，所述光发射器与光接收器之间设有遮光片，所述遮光片开设有二个圆孔，所述遮光片后面平行设置有一个投影平面；

S2、当光发射器的LED灯发光时，光线经过遮光片二个圆孔后会在投影平面上投射出二个的投影，利用坐标获取传感器装置分别拾取该投影，通过处理获得该二个投影坐标信息；

S3、将该二个投影坐标信息与已知的遮光板二个圆孔的坐标信息形成二个直线方程，二个直线方程交点即为扫地机器人的坐标位置。

具体的，所述步骤S3的具体为：

S301、设定LED定位光源坐标为G(x,y)，原点为O（0,0），,两者形成的坐标平面与房间地面平行，在X轴上距离原点为f的负方向设置一个点W(0，-f)，（f的数值是CCD线性传感器或者摄像头的焦距），以W点为中心，平行于Y轴，放置一个条形状的坐标获取传感器装置，坐标获取传感器装置对准投影平面，这样能够对投影平面上的投影进行拍照；

S302、在X轴的正方向，距离原点为k的地方，平行于投影平面设置一个遮光板，在坐标平面上以X轴为对称在遮光板上开二个对称小通孔A，B，其坐标分别A(k,t),B(k,-t)；

S303、由于智能机器人上的LED定位光源和遮光板小通孔都位于坐标平面内，发光后，其发出的光线经过遮光板A,B二个圆孔，分别在投影平面上的Y轴上留下C和D二个阴影，通过投影平面正背后的坐标获取传感器装置抓取，就可以测量计算出其坐标为C[0,m],D[0,n] ；

S304、根据已知的二点A(k,t),C(0,m)的坐标，得出AC的直线方程：

(x-k)/(y-t)=(0-k)/(m-t)

S305、根据已知 B［k,(-t)］,D(0,n)的坐标，得出BD的直线方程：

(x-k)/［y-(-t)］=(0-k)/[n-(-t)]

S306、根据已知的k,t，以及m,n通过拍照抓取后计算得知，通过计算直线AC与直线BD的交点g(x,y)即为扫地机器人上LED定位灯的坐标位置。

上述实施例和图式并非限定用于扫地机器人和智能机器人，本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (7)

1.一种基于LED灯定位的扫地机器人定位***，其特征在于，包括：

所述扫地机器人内部设有光发射器及LED定位光源，所述扫地机器人的外部设有与光发射器匹配的光接收器，所述光发射器与光接收器之间设有遮光片，所述遮光片开设有二个圆孔，所述遮光片后面平行设置有一个投影平面，所述基于LED灯定位的智能机器人定位***还包括用于获取LED发出的光线通过遮光板二个圆孔后在该投影平面的二个投影坐标的坐标获取传感器装置，以及用于根据已知的遮光板二个圆孔的坐标形成二个直线方程，从而计算出扫地机器人的坐标位置的***运算单元，所述***运算单元与光发射器、光接收器通过无线或者有线方式连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于LED灯定位的扫地机器人定位***，其特征在于，所述坐标获取传感器装置为摄像头视觉拾取组件或者线性CCD传感器组件。

3.根据权利要求1所述的一种基于LED灯定位的扫地机器人定位***，其特征在于，所述LED定位光源为LED平行光源。

4.根据权利要求3所述的一种基于LED灯定位的扫地机器人定位***，其特征在于， 所述LED平行光源包括PCB板、LED灯珠及凸透镜，所述LED灯珠分布于PCB板上，所述LED灯珠固定于凸透镜的焦点位置处。

5.一种基于LED灯定位的扫地机器人定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在所述扫地机器人内部设置光发射器及LED定位光源，所述扫地机器人的外部设置有与光发射器匹配的光接收器，所述光发射器与光接收器之间设有遮光片，所述遮光片开设有二个圆孔，所述遮光片后面平行设置有一个投影平面；

S2、当光发射器的LED灯发光时，光线经过遮光片二个圆孔后会在投影平面上投射出二个的投影，利用坐标获取传感器装置分别拾取该投影，通过处理获得该二个投影坐标信息；

S3、将该二个投影坐标信息与已知的遮光板二个圆孔的坐标信息形成二个直线方程，二个直线方程交点即为扫地机器人的坐标位置。

6.根据权利要求5所述的一种基于LED灯定位的扫地机器人定位方法，其特征在于，所述步骤S3的具体为：

S301、设定LED定位光源坐标为G(x,y)，原点为O（0,0），两者形成的坐标平面与房间地面平行，在X轴上距离原点为f的负方向设置一个点W(0，-f)，（f的数值是CCD线性传感器或者摄像头的焦距），以W点为中心，平行于Y轴，放置一个条形状的坐标获取传感器装置，另外设置一个投影平面，这个投影平面经过Y轴，并且垂直坐标平面，坐标获取传感器装置对准投影平面，这样能够对投影平面上的投影进行拍照；

S302、在X轴的正方向，距离原点为k的地方，平行于投影平面设置一个遮光板，在坐标平面上以X轴为对称在遮光板上开二个对称小通孔A，B，其坐标分别A(k,t),B(k,-t)；

S303、由于扫地机器人上的LED定位光源和遮光板小通孔都位于坐标平面内，发光后，其发出的光线经过遮光板A,B二个圆孔，分别在投影平面上的Y轴上留下C和D二个阴影，通过投影平面正背后的坐标获取传感器装置抓取，就可以测量计算出其坐标为C[0,m],D[0,n] ；

S304、根据已知的二点A(k,t),C(0,m)的坐标，得出AC的直线方程：

(x-k)/(y-t)=(0-k)/(m-t)

S305、根据已知 B［k,(-t)］,D(0,n)的坐标，得出BD的直线方程：

(x-k)/［y-(-t)］=(0-k)/[n-(-t)]

S306、根据已知的k,t，以及m,n通过拍照抓取后计算得知，通过计算直线AC与直线BD的交点g(x,y)即为扫地机器人上LED定位灯的坐标位置。

7.根据权利要求5所述的一种基于LED灯定位的扫地机器人定位方法，其特征在于，所述LED定位光源为LED平行光源。