[发明专利]具虚拟墙功能的定位导航装置和机器人

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人，尤其涉及一种定位导航装置，其具有虚拟墙功能。

背景技术

在机器人业界，虚拟墙是指由于某些原因，需要设置禁止通过的边界来防止机器人进入某个区域，例如是有贵重易碎物品的区域；对机器人来说，相当于在该边界线上设立了一面真实墙，但在现实环境中却不存在。

自主定位导航是实现服务机器人实用化的关键技术，它允许机器人自主地通过传感器数据实时定位并构建出所在环境的地图信息，进一步实现导航。专利文献CN106323269公开了一种自主定位导航设备，其为一种模块化的高度集成的机器人定位导航装置，可实现通过收集诸如激光雷达、摄像头等外部传感器获取的环境数据进行自主的同步定位与建图(SLAM)并控制宿主系统，例如扫地机器人，在任意环境当中进行自主的行动和路径规划。

在耦合了该设备的机器人上实现虚拟墙功能，目前有以下两种方式：

一是有源虚拟墙，其通过有源发射器件发射红外信号或超声信号，通过机器人配置的红外或超声接收器接收该信号，以实现避开有该信号的区域的效果；

二是磁界线虚拟墙，其通过磁条贴在限制区域边界上，机器人运动到该区域，通过携带的相关传感器检测到磁条，以实现避开该区域的效果。

不难归纳出，上述实现方式均需在宿主设备和自主定位导航设备之外，配置额外的硬件设备辅助实施，且改变了环境，显然，这些方式的实施除了使用上的不便外，也提高了成本，这是现有技术的不足之处。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具虚拟墙功能的定位导航装置和机器人，它们使得用纯软件的方式在机器人上实现虚拟墙功能成为可能。

本发明的思路是用户在网页应用程序或客户端应用程序的交互界面中设置虚拟墙后，将此信息发送至本发明的机器人，机器人将虚拟墙当做真实墙，在路径规划中避障。

本发明的具虚拟墙功能的定位导航装置，包括内部传感器和裸露在该装置外的环境传感器，其特征是该装置还包括执行如下步骤的程序：

获取模块经由通信模块捕获设置的虚拟墙信息；

采用Hough变换算法提取虚拟墙中的直线信息；

利用二分法构建更新分段查找树，结合传感器数据，查找各个角度下观测数据，产生融合后的观测数据；

利用raytrace算法，构建全局导航地图；

利用启发式搜索算法，结合宿主设备的起点和终点，搜索一条平滑无碰撞路径；

利用动态窗口算法，寻找可行的窗口；

对速度进行平滑处理，下发移动宿主设备的控制指令。

所述内部传感器包括陀螺仪、加速度计和电子罗盘。

所述环境传感器是激光雷达和/或视觉传感器。

本发明还提供一种具虚拟墙功能的机器人，包括自动定位导航装置，其特征是：该自动定位导航装置如上所述。

所述机器人为扫地机器人或安防巡逻机器人。

本发明的机器人通过耦合的定位导航装置，接受设置好的虚拟墙信息后，提取其中的直线信息，结合传感器数据，产生融合后的观测数据并构建全局导航地图，从而可以基于纯软件方式实现机器人的虚拟墙避障，在使用中不改变环境，无需额外辅助设备，生产成本低；

可根据具体情况切换或变更虚拟墙的位置和形状，使用更加方便、灵活、快捷；

且克服了传统技术中干扰带来的运动行为异常现象，其精度高。

附图说明

图1是本发明的定位导航装置的硬件结构示意图。

图2是本发明的定位导航装置的程序流程图。

具体实施方式

现结合附图给出较佳实施例，以对本发明作进一步详细说明。

参看图1，在硬件上，本发明的定位导航装置包括内部传感器11、环境传感器12、和算法运算单元13，内部传感器是集成在本装置内部的PCB上的一系列传感器，包含了陀螺仪、加速度计和电子罗盘等惯性导航传感器，其是原本需要外部宿主系统具备的，现无需外部宿主系统的协助，即可自行采集相关的数据；激光雷达、视觉传感器(摄像头)是优先采用的环境传感器，由于需要对外部环境进行直接的测量和观测，而必须裸露在系统外部。

本发明的定位导航装置具有高度模块化的特点，极大地降低了与机器人宿主系统、例如扫地机器人或安防巡逻机器人的耦合度，便于快速整合进入现有的机器人宿主系统并可灵活扩展。