CN107678440A一种辅助定位构件，包含其的自律移动装置及定位方法

著录项

申请号CN201711134538.1
申请日20171116
公开号CN107678440A
公开日20180209
申请（专利权）人苏州艾吉威机器人有限公司
发明人刘胜明;司秀芬;姜志英
主分类号G05D1/02
分类号G05D1/02
地址江苏省苏州市苏州工业园区展业路8号科技工业坊一期1-1-B
国省代码江苏(32)
代理机构北京恒泰铭睿知识产权代理有限公司
代理人胡艳

说明书

一种辅助定位构件，包含其的自律移动装置及定位方法

技术领域

本发明涉及自律引动装置，特别涉及用于自律移动装置的辅助定位及包含其的自律移动装置。

背景技术

自律移动装置用于许多工业场合，例如，工厂和仓库中的运货卡车。根据一常用系统，磁回路或类似物沿卡车的运输路线布置。由于初始成本高，卡车的路线很难在后期改变，因此开发出了使用反射器的系统。

按照某些己知系统，使用具有标志的反射器，即，提据车辆上的反射信号仪器可直接确定信号来自哪个特定的反射器。这类系统又快又有效，但是这些特定的反射器较昂贵。此外还存在建号所能显示的距离受到限制等问题。

US4811228A示出并说明了一种使用完全匿名反射器的导航系统，这些匿名员射器呈条状或类似形状。这些反射器没有标志，但它们的位置被精确地校正。每一反射器的位置与运输区的相应坐标一起存键在车辆上。车辆上有一光源，其发出一在运输区上扫射的集中的激光束。在反射器和其他物体的反射被记录后可得出一可能反射器的方位。

当车辆位子一己知位置上时，起始的步骤将静止车辆的方位或角度与实际反射器的关联开始进行。因此，所述已知系统的前提是关于车辆实际位置的信息己传给车辆。在待搜索的区域上选择分布合适的三个角度值。这些角度值与各反射器关联，且车辆的位置根据检测到的反射器的己知位置来进行确定。如果如此确定的车一辆位置与己知位置一致，则其余角度值被关联，从而车辆位置得到证实。当使用大量反射器时，这一初始过程很费时间。

为使角位与实际反射器发生关联，随后的步骤不断地进行。已检测到的角与所存储反射器位置的可能角位进行比较，且所述角位与一实际反射器发生关联，从而产生与所存储反射器位置很好的一致。

当反射器的角位或方位与实际反射器发生关联后，可用各种方式确定位置和进行导航。最初使用三角测量。在己知一测量点上的预期位置的情况下，在进一步行驶中可使用其他方法。所述自动导航车辆还装有不断更新车辆运动的设备，例如一里程表。首先，不仅要不断确定车辆在各据量点之间的航行路线，而且还要确定车辆车轮转动的转数相方向。例如可通过瓣量驱动轮的转动，然后把这些转动转换成距离来进行测量。最好还不断确定车辆方向轮的转角。关于所述距离和方向的数据被用作确定位置和行驶的基础。

US4811228A中所述的系统要想获得最佳性能，必须使用大量反封器。因为在作出某一关联前必须计算许多组合，因此进行这一计算的时间很长。如果检测到的许多信号来自其位置己知的匿名反射器之外的反射器、例如金属物体或窗户时，这一缺点就更为严重。

因此需要作出改进，减少 US4811228A那类系统中的反射器的数量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种辅助定位构件，用于自律移动装置的辅助定位及自律移动装置，从而克服上述缺点。

本发明的辅助定位构件，用于自律移动装置的辅助定位，其特征在于，在自律移动装置的工作区域内至少局部设置有若干组辅助定位构件，当所述自律移动装置到达所述辅助定位构件区域时，所述环境感测装置感测所述自律移动装置与所述辅助定位构件之间的距离，并确定所述辅助定位构件的轮廓线，所述环境感测装置根据所述轮廓线上的特征点或若干轮廓线相交点或若干轮廓线延伸线的交叉点做为所述组辅助定位构件固定的定位点进行定位。

进一步地，本发明的辅助定位构件，其中所述辅助定位构件为一圆弧形面板，所述定位点为所述环境感测装置扫描到的圆弧形轮廓线的的顶点。

进一步地，本发明的辅助定位构件，其中所述辅助定位构件为两个多边形面板，所述两个多边形面板的其中一条边相接形成V脊，所述定位点为所述环境感测装置扫描到的V 形轮廓线的顶点，所述V脊的V角为大于1.26-178.74°。

进一步地，本发明的辅助定位构件，其中所述辅助定位构件为两个矩形面板，所述两个矩形面板对称设置，较长的一条边作为V相接形成V脊。

进一步地，本发明的辅助定位构件，其中所述夹角优选120-150°。

进一步地，本发明的辅助定位构件，其中所述辅助定位构件之间的间距至少大于 500毫米，所述辅助定位构件之间为非对称布置。

本发明的自律移动装置，所述自律移动装置可在一工作边界所形成的一工作区域内执行指定任务，所述自律移动装置包括：环境感测装置，所述环境感测装置用以检测所述自律移动装置所处的工作环境信息；地图建构模块，所述地图建构模块与所述环境感测装置电性连接，通过多次采集环境感测装置感知工作环境信息，用以依据所述工作环境信息建构二维环境地图；设定模块，所述设定模块与所述地图建构模块电性连接，用以在所述环境地图上设定所述工作边界；一路径规划模块，所述路径规划模块与所述设定模块电性连接，用以规划所述自律移动装置在所述工作边界所形成的所述工作区域内的一工作路径；所述障碍物识别装置为通过障碍物传感器感知自律移动装置运行环境中的障碍物，以及一驱动模块，所述驱动模块、所述路径规划模块及障碍物识别装置电性连接，用以驱动所述自律移动装置依所述工作路径移动并避让运行环境中的障碍物，所述工作区域内至少局部设置有若干如权利要求1-6任一所述辅助定位构件，当所述自律移动装置到达所述辅助定位构件区域时，所述环境感测装置感测所述辅助定位构件轮廓线，所述环境感测装置根据所述轮廓线上的特征点或若干轮廓线相交点或若干轮廓线延伸线的交叉点做为所述组辅助定位构件固定的定位点进行定位，当所述自律移动装置到达所述辅助定位构件区域时，所述环境感测装置感测至少三个以上的辅助定位构件，通过所述定位点与所述自律移动装置的距离以及辅助定位构件在环境地图中的位置进行坐标转换计算所述自律移动装置的位置和姿态。

一般地，本发明中的地图建构模块，可以不包含在自律移动装置中，而是存在于自律移动装置的上位系统，比如主机、服务器、个人电脑等设备中进行地图构建。

进一步地，本发明的自律移动装置，其中所述环境感测装置为激光扫描仪、声纳传感器或超声波传感器。

本发明的再一目的在于自律移动装置的定位方法，其特征在于：计算所述自律移动装置的位置和姿态方法包括：

将辅助定位构件布置在一有限运输区中的各位置上；

选取一有限运输区预设坐标系XOY的原点位置为O，通过环境感测装置检测所述自律移动装置所处有限运输区的工作环境信息，而在预设坐标系中建立二维环境地图；

环境感测装置自所述自律移动装置上发出覆盖一搜索扇形区的射束，在所述搜索扇形区的范围内检测辅助定位构件的轮廓线，确定轮廓线上的固定的定位点，选择在所述扇形区合适分布的的有至少三个定位点构成的一阵列，提取这些定位点，通过求解计算得出自律移动装置相对于所述辅助定位构件的位置，根据辅助定位构件在二维环境地图中的位置，并通过坐标转换原理即可确定自律移动装置的当前位置和姿态。

有益效果：本发明根据所述辅助定位构件的轮廓线上的特征点或若干轮廓线相交点或若干轮廓线延伸线的交叉点做为所述组辅助定位构件固定的定位点进行定位，定位更加精准。而且本发明的辅助定位构件不管何种材料都成立，不需要昂贵的标记的反射板或匿名反射板，大大降低了成本。本发明的另一个优点是，而且由于通过识别辅助定位构件的特定轮廓线，和其他管子，窗户或支撑件上的障碍物等容易区分，能够更好地识别，不会受到干扰，计算速度更快，定位更快、更可靠，定位精度可达到±5mm。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1、本发明辅助定位构件为圆弧面板的圆弧形轮廓线示意图。

图2、本发明辅助定位构件为两个矩形面板相连的V形轮廓线示意图。

图3、本发明辅助定位构件为两个L形面板相连的截V形轮廓线示意图。

图4、本发明辅助定位构件为两个矩形面板不相连的不相连的截V形轮廓线示意图。

图5、本发明辅助定位构件在有限区域布局示意图。

图6、本发明的自律移动装置的定位示意图。

图7、本发明的自律移动装置组成示意图。

附图标记：1、定位点。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据图1至7所示，本发明的辅助定位构件，用于自律移动装置的辅助定位，其特征在于，在自律移动装置的工作区域内至少局部设置有若干组辅助定位构件，当所述自律移动装置到达所述辅助定位构件区域时，所述环境感测装置感测所述自律移动装置与所述辅助定位构件之间的距离，并确定所述辅助定位构件的轮廓线，所述环境感测装置根据所述轮廓线上的特征点或若干轮廓线相交点或若干轮廓线延伸线的交叉点做为所述组辅助定位构件固定的定位点1进行定位。

其中所述辅助定位构件可以为一圆弧形面板，所述定位点为所述环境感测装置扫描到的圆弧形轮廓线的的顶点。

其中所述辅助定位构件也可以为两个多边形面板，所述两个多边形面板的其中一条边相接形成V脊，所述定位点为所述环境感测装置扫描到的V形轮廓线的顶点，所述V脊的 V角为大于1.26-178.74°，目的是为避免干扰。

优选地，所述辅助定位构件为两个矩形面板，所述两个矩形面板对称设置，较长的一条边作为V相接形成V脊。更优选地，其中所述夹角优选120-150°。

进一步地，本发明的辅助定位构件，用于自律移动装置的辅助定位，其中所述辅助定位构件之间的间距至少大于500毫米，所述辅助定位构件之间为非对称布置，避免辅助定位构件在匹配过程中出错或受影响。

上述发明中所述的轮廓线也可以为各形状的辅助定位结构翻转180度后进行安装形成的轮廓线，所述固定的定位点也可以事先确定为这些轮廓线沿所述XOY坐标系平行于X 轴或Y轴方向平移一定距离后和轮廓线上的特征点、交叉点、延伸线的交叉点对应的点作为计算用的定位点。

本发明的自律移动装置，所述自律移动装置可在一工作边界所形成的一工作区域内执行指定任务，所述自律移动装置包括：环境感测装置，所述环境感测装置用以检测所述自律移动装置所处的工作环境信息；地图建构模块，所述地图建构模块与所述环境感测装置电性连接，通过多次采集环境感测装置感知工作环境信息，用以依据所述工作环境信息建构二维环境地图；设定模块，所述设定模块与所述地图建构模块电性连接，用以在所述环境地图上设定所述工作边界；一路径规划模块，所述路径规划模块与所述设定模块电性连接，用以规划所述自律移动装置在所述工作边界所形成的所述工作区域内的一工作路径；所述障碍物识别装置为通过障碍物传感器感知自律移动装置运行环境中的低处障碍物，以及一驱动模块，所述驱动模块、所述路径规划模块及障碍物识别装置电性连接，用以驱动所述自律移动装置依所述工作路径移动并避让运行环境中的障碍物，所述工作区域内至少局部设置有若干所述辅助定位构件，当所述自律移动装置到达所述辅助定位构件区域时，所述环境感测装置感测所述辅助定位构件轮廓线，所述环境感测装置根据所述轮廓线上的特征点或若干轮廓线相交点或若干轮廓线延伸线的交叉点做为所述组辅助定位构件固定的定位点进行定位，当所述自律移动装置到达所述辅助定位构件区域时，所述环境感测装置感测至少三个以上的辅助定位构件，通过所述定位点与所述自律移动装置的距离以及辅助定位构件在环境地图中的位置进行坐标转换计算所述自律移动装置的位置和姿态。

进一步地，本发明的自律移动装置，其中所述环境感测装置为激光扫描仪、声纳传感器或超声波传感器。

本发明的自律移动装置的定位方法，其特征在于：计算所述自律移动装置的位置和姿态方法包括：将辅助定位构件布置在一有限运输区中的各位置上；选取一有限运输区预设坐标系XOY的原点位置为O，通过环境感测装置检测所述自律移动装置所处有限运输区的工作环境信息，而在预设坐标系中建立二维环境地图；环境感测装置自所述自律移动装置上发出覆盖一搜索扇形区的射束，在所述搜索扇形区的范围内检测辅助定位构件的轮廓线，确定轮廓线上的固定定位点，选择在所述扇形区合适分布的的有至少三个定位点构成的一阵列，提取这些定位点（X1，Y1）（X2，Y2）（X3，Y3）……（Xn，Yn），计算这些定位点与所述环境感测装置之间的距离，通过三点定位原理及计算公式求解计算环境感测装置相对于所述辅助定位构件的位置（X0，Y0），(X1-X0)2+(Y1-Y0)2=R12；(X1-X0)2+(Y1-Y0)2=R12；X1- X0)2+(Y1-Y0)2=R12；……………..；(Xn-X0)2+(Yn-Y0)2=Rn2。再通过环境感测装置相对于自律移动装置的偏转角度、环境感测装置和所述自律移动装置中心点（（XO1，YO1））之间的距离、以及环境感测装置相对于自律移动装置中心线的夹角，根据辅助定位构件在二维环境地图中的位置，并通过坐标转换原理即可确定自律移动装置的当前位置和姿态。其中对于在所述搜索扇形区的范围内检测辅助定位构件的轮廓线，则根据计算软件事先可以确定轮廓线上的特征点或若干轮廓线相交点或若干轮廓线延伸线的交叉点做为所述组辅助定位构件固定的定位点进行定位。

当然，上述发明中所述的轮廓线也可以为各形状的辅助定位结构翻转180度后进行安装形成的轮廓线，所述固定的定位点也可以事先确定为这些轮廓线沿所述XOY坐标系平行于X轴或Y轴方向平移一定距离后和轮廓线上的特征点、交叉点、延伸线的交叉点对应的点作为计算用的定位点。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明根据所述辅助定位构件的轮廓线上的特征点或若干轮廓线相交点或若干轮廓线延伸线的交叉点做为所述组辅助定位构件固定的定位点进行定位，定位更加精准。而且本发明的辅助定位构件对反射率无特殊要求，塑料、金属等普通材料均适用，不需要昂贵的标记的反射板或匿名反射板，大大降低了成本。本发明的另一个优点是，而且由于通过识别辅助定位构件的特定轮廓线，和其他管子，窗户或支撑件上的障碍物等容易区分，能够更好地识别，不会受到干扰，计算速度更快，定位更快、更可靠，定位精度可达到±5mm。

而且，根据工作环境对定位精度要求不同，可在在整个工作环境中或者在工作环境的局部设置辅助定位构件。如果仅在工作环境的局部设置辅助定位构件，则辅助定位结构设置在定位精度比较高的区域如目的地、转角等，在离开所述辅助定位区域时，又可重新自主切换到无反射板的导航方式或其他导航模式，通过相互协助的导航方式可充分满足客户的需求。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。本领域的普通技术人员应当理解：可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。