CN108020843A - 自动行走设备及自动行走设备定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种自动行走设备、定位系统及定位方法，包括机身、连接于机身的工作模块、行走模块以及用于协调工作模块和行走模块的控制模块，机身上还设置有激光定位器。激光定位器包括：发射端及接收端，发射端射出的激光经逆反射后形成的反射激光被接收端所接收；偏振片，配置于接收端前侧，且设置为与反射激光的偏振方向一致，以使反射激光透过，并遮蔽偏振方向不同的光。

Description

自动行走设备及自动行走设备定位系统

技术领域

本发明涉及一种自动行走设备，具体涉及一种需要在户外自动行走并自动工作的自动行走设备及自动行走设备定位系统。

背景技术

智能设备越来越多的出现在人们生活中，尤其是一些智能的自行走设备，可以代替人进行各种各样的工作。

以割草机器人为例，其在室外工作时，由于工作环境相对复杂多变，外界干扰光源较多，导致激光定位器易接受到外界的干扰光，严重影响激光定位器的正常工作，进而影响机器人割草机的定位功能。

现有技术通过软件滤波的方式，可以在一定程度上减少干扰光的影响，但占用系统资源较多，对多种干扰光识别困难，经常出现误识别的现象。

发明内容

本发明的目的在于解决干扰光的影响，使割草机器人定位更加精确、稳定。

为实现上述发明目的，本发明提供一种自动行走设备，包括：机身、连接于机身的工作模块、行走模块以及用于协调工作模块和行走模块的控制模块，机身上还设置有激光定位器，激光定位器包括：

发射端及接收端，发射端射出的激光经逆反射后形成的反射激光被接收端所接收，

偏振片，配置于接收端前侧，且设置为与反射激光的偏振方向一致。

作为本发明一实施方式的进一步改进，发射端与接收端相邻设置。

作为本发明一实施方式的进一步改进，机身上设置有能够绕机身旋转的转台，激光定位器设置于转台。

作为本发明一实施方式的进一步改进，自动行走设备还包括连接所述控制模块的角度编码器，所述角度编码器用于检测所述转台的旋转角度。

作为本发明一实施方式的进一步改进，当所述接收端所接收的光线强度值大于或等于预设值时，所述控制模块根据所述角度编码器检测到的信号进行运算以获得自动行走设备的相对位置信息。

作为本发明一实施方式的进一步改进，偏振片配置调节部，调节部可操作地带动偏振片相对于接收端旋转以调节偏振方向。

本发明的另一方面，提供一种定位系统，具有上述任一的自动行走设备，且包括具有预设位置的若干反光件，反光件配置为能够使发射端射出的激光进行逆反射。

作为本发明一实施方式的进一步改进，反光件构造为具有玻璃微珠反光材料的反光棒。

本发明的另一方面，提供一种自动行走设备定位的方法，包括如下步骤：

自动行走设备的发射端旋转并发射激光；

接收端接收所述发射激光经预设位置的逆反射后形成的反射激光，并且反射激光由偏振片过滤后被接收端接收，

当接收到的光线强度大于或等于预设值时，获取发射端当前时刻的旋转角度，根据旋转角度和逆反射的预设位置计算自动行走设备的相对位置信息。

作为本发明一实施方式的进一步改进，逆反射的预设位置为三个。

与现有技术相比，本发明通过偏振片滤除偏振方向不同光，使得进入激光接收端的干扰光大大减少，有效光与干扰光之前的区分度增加，利于以软件二次滤波，可以更精准地触发系统对机器人进行定位。

附图说明

图1是本发明一实施方式中激光定位器偏振滤光结构的示意图；

图2是本发明一实施方式中激光定位器偏振滤光结构的爆炸图；

图3是本发明一实施方式中激光定位器偏振滤光结构的装配示意图；

图4是本发明一实施方式中偏振片位于第一装配位置的示意图；

图5是本发明一实施方式中偏振片位于第二装配位置的示意图；

图6是本发明一实施方式中激光定位器工作示意图；

图7是本发明一实施方式中激光定位器定位原理图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

在本发明的实施方式中，以割草机器人为例对本发明的激光定位器偏振滤光结构做具体的阐释，但应当说明的是，在下述的实施方式中所涉及的技艺精神可以被替换地利用到其它形式的机器人上。

本发明割草机器人包括机身、连接于机身的工作模块、行走模块以及用于协调工作模块和行走模块的控制模块。转台连接于机身，可绕机身360°旋转。激光定位器安装于转台上，具有激光发射端和接收端。接收端内设置透镜以供光线通过。

割草机器人工作区域设置多个预设坐标值的反光件以定位。示范性的，反光件例如为具有玻璃微珠反光膜反光材料的反光棒。反光件可以对垂直入射的光线进行逆反射，即理想状态下，入射光和出射光可沿相同的光路。预设坐标值的反光件可以使入射光在预设位置发生逆反射。因此，发射端和接收端相邻设置，朝向相同，且位置尽可能地接近，以使接收端能接收到有效的反射光。

转台旋转的同时，发射端可以连续地发射激光，当接收端接收到发射激光在预设位置逆反射回的有效光，可以触发控制模块记录转台旋转的角度，再根据反光件的坐标值进行计算，以定位割草机器人的位置。

反光棒上的玻璃微珠是球形的，由于激光定位器发射的光线近似于平行光线，当其照射到球形顶点时，入射角很小，反射方向基本为沿原路返回，且其偏振状态未发生较大改变。这类反射光为有效光。

激光定位器发射的光线还有一部分照射到球形顶点以外的区域，这一部分反射类似于漫反射，其反射光的强度、偏振角度等都发生较大改变。割草机器人工作区域也会存在自然光或其他光源的光。此类光均为干扰光，但都可能由激光定位器接收。

激光接收端前侧设置偏振片，以滤除干扰光。接收端前侧是指，反射激光在抵达接收端之前所经过的区域。偏振片可以紧贴接收端设置，也可以是独立的部件，放置于反射激光的光路上。

激光定位器发射的激光是线偏振光，光波的振幅方向相同。激光发生漫反射后，反射光的偏振角度发生改变。天然光源发射的光一般是非偏振光，光波的振幅在统计学上沿各个方向均匀分布。偏振片可以将自然光变成偏振光，在这一转换过程中，自然光的光强会损失约50%。而当偏振光透过偏振片时，如果两者偏振方向一致，光线会全部透过偏振片，能量损失很小，可以忽略不计；如果两者偏振方向不一致，光线将不能透过。因此，偏振片可以滤除大部分干扰光，即使有部分自然光经过偏振片被接收，强度也被极大地削减。

如此，通过调节偏振片与激光的偏振方向一致，可以保证反射激光不被削弱的前提下，大幅度削减干扰光的影响。进入接收端的有效光与干扰光之间的光强区分度增大。通过控制模块预先设定光线强度的阈值，可以进一步排除噪音，当达到或超过阈值时触发系统对割草机器人定位，而干扰光的强度不足以触发系统记录角度值，不能据此进行定位运算。

实施例一

参考图1至图3，激光定位器10上设置激光接收端20。接收端20具有凸出于激光定位器10表面的凸出部。接收端20的接收透镜前侧设置偏振片30。偏振片30为一透镜，可以为圆形。偏振片30配置调节杆301，用于调节偏振方向。调节杆301是沿径向向远离偏振片30中心的方向延伸形成的杆状凸起，且调节杆301与偏振片30共面。

偏振片30可贴合放置于接收端20前端部，并通过锁紧件40锁定。锁紧件40侧壁围合成一环形的容纳腔，该容纳腔与偏振片30形状相配合，可使偏振片30收容于环形中间。锁紧件40的侧壁内侧设置若干圈螺纹，以与接收端20凸出部外侧的螺纹配合。锁紧件40的侧壁具有缺口部401，用于收容调节杆301。调节杆301的最远端距离偏振片30中心的距离大于缺口部401远端距离锁紧件中心的距离，如此当偏振片30收容于锁紧件40内时，调节杆301的远端穿过缺口部401向外凸出，成为调节偏振方向时的受力端。装配时，将偏振片30嵌设入锁紧件40中，使调节杆301从缺口部401处伸出，再将锁紧件40安装到接收端20的凸出部上并通过螺纹锁紧，使偏振片30固定。缺口部401的周向尺寸大于调节杆301的周向尺寸。

参考图4及图5，在锁紧件40锁紧前，可通过拨动收容于缺口部401中的调节杆301沿周向转动一定的角度，从而调节偏振片30方向，使其与反射激光的偏振方向一致。转动可以是双向的。

参考图6，激光由激光定位器10的激光发射端50射出，经过具有玻璃微珠反光膜的反光棒60反射，经偏振片30滤光后由割草机器人的接收端20接收。理想状态的出射光经过玻璃微珠的顶点反射，其与反射光之间虽存在反射角θ，但θ足够小，可以近似认为出射光与反射光位于同一条光路上，并且，到达接收端20时其偏振状态未发生较大改变。

割草机器人的角度编码器和中央处理单元可以受光信号触发记录当前时刻激光定位器10旋转的角度。参考图7，在割草机器人的工作区域布置三个预设坐标值的反光棒61、62、63，根据三角定位的方法确定机器的位置。激光定位器10转动过程中发射激光，同时角度编码器将角位移转化为数字脉冲信号。当激光照射到反光棒61、62或63时，激光定位器10接收反射光信号，光线强度大于或等于阈值，触发中央处理单元处理角度编码器发送的脉冲信号，记录第一反光棒61和第二反光棒62的夹角值θ1、第二反光棒62和第三反光棒63的夹角值θ2，并根据已知的反光棒61、62、63的坐标值进行运算，获得割草机器人的相对位置信息，实现对割草机器人定位。而当激光照射到反光棒以外的其他位置上时，反射光的强度、偏振角度等都发生较大改变。偏振状态发生改变的反射光将被阻挡在偏振片30外，即使可以透过偏振片30，其强度也将被极大削减，不能达到阈值，被程序判断为噪音，不触发控制模块记录激光定位器10旋转的角度。

实施例二

本例与实施例一的区别在于，调节杆是在与偏振片所在平面成角度的方向上延伸形成的杆状凸起，且调节杆与偏振片主体不共面，即调节杆在与偏振片主体所在平面成一角度的方向上凸起（图未示）。

调节杆收容于锁紧件的缺口部，调节杆的远端穿过缺口部向外凸出，成为调节偏振方向时的受力端。

本发明通过在接收透镜前侧添加偏振片，用来滤除漫反射光，达到了硬件滤波的功效，使得有效光和干扰光的区分度大大增加，不仅降低了干扰光的影响，也降低了软件二次滤波的工作量，提高了二次滤波的精度，达到了节约机器人系统资源，使机器人割草机的定位更加精确、稳定的效果。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自动行走设备，包括机身、连接于机身的工作模块、行走模块以及用于协调工作模块和行走模块的控制模块，所述机身上还设置有激光定位器，其特征在于，所述激光定位器包括：

发射端及接收端，所述发射端射出的激光经逆反射后形成的反射激光被接收端所接收，

偏振片，配置于所述接收端前侧，所述偏振片的偏振方向设置为与所述反射激光的偏振方向一致。

2.根据权利要求1所述的自动行走设备，其特征在于，所述发射端与接收端相邻设置。

3.根据权利要求1所述的自动行走设备，其特征在于，所述机身上设置有可相对于机身旋转的转台，所述激光定位器设置于所述转台。

4.根据权利要求3所述的自动行走设备，其特征在于，还包括连接所述控制模块的角度编码器，所述角度编码器用于检测所述转台的旋转角度。

5.根据权利要求3所述的自动行走设备，其特征在于，当所述接收端所接收的光线强度值大于或等于预设值时，所述控制模块根据所述角度编码器检测到的信号进行运算以获得自动行走设备的相对位置信息。

6.根据权利要求1所述的自动行走设备，其特征在于，所述偏振片配置调节部，所述调节部可操作的带动偏振片相对于接收端旋转以调节偏振方向。

7.一种自动行走设备定位系统，包括如权利要求1-6任一所述的自动行走设备，其特征在于，还包括具有预设位置的若干反光件，其配置为能够使所述发射端射出的激光进行逆反射。

8.根据权利要求7所述的自动行走设备定位系统，其特征在于，所述反光件构造为具有玻璃微珠反光材料的反光棒。

9.一种自动行走设备定位的方法，其特征在于，包括如下步骤：

自动行走设备的发射端旋转并发射激光；

接收端接收所述发射激光经预设位置的逆反射后形成的反射激光，并且反射激光由偏振片过滤后被接收端接收；

当所述接收端接收到的光线强度大于或等于预设值，获取发射端当前时刻的旋转角度，根据所述旋转角度和逆反射的预设位置计算自动行走设备的相对位置信息。

10.根据权利要求9所述的自动行走设备定位的方法，其特征在于，所述逆反射的预设位置至少为三个。