本发明专利技术提供了一种机器人虚拟边界建立与识别方法及系统，该方法包括：S1、机器人上的脉冲激光扫描探测模块匀速扫描一周；S2、判断是否检测到两个或两个以上的信标，若是，执行步骤S3，若否，返回执行步骤S1；S3、判断任意信标间的连线是否为虚拟边界，完成虚拟边界的建立；S4、计算机器人与虚拟边界间的距离，判断最短距离是否小于警戒距离，若是，单片机信息处理模块输出控制信号，控制机器人进行回避。本发明专利技术中的机器人虚拟边界建立与识别方法及系统定位精度较高，测量距离较长；由于激光的单色性好，系统抗外界干扰能力强；系统较为简单，成本低，且可靠性强、耗能少、重量轻。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机器人虚拟边界
，尤其涉及一种机器人虚拟边界建立与识别方法及系统。
技术介绍
虚拟边界是用于割草机器人避障、割草及行走的一种非物理边界，它通过安装在割草机器人上的传感器探测信标方位，再通过边界构成算法实现工作区域与非工作区域的识别。现有的机器人虚拟边界识别技术大致可以分为两类一种方法是工作前由人工引导机器人行走覆盖整个工作区，并对所有走过的路线进行记录，机器人循着已存储的路线所包围的区域工作或行走。第二种方法是检测只对机器人可视的“虚拟围墙”，即以预先在边界设置标识物作为“虚拟围墙”，机器人通过传感器探测这些边界标志来确定工作区域的边界。对于第一种方法，在专利US6454036、US4694639中采用示教式的导航方法，通过人工控制割草机器人在工作区域内无遗漏的行走一遍，机器人会对所有走过的路线进行记录，然后沿记录的轨迹运动以完成割草任务。对于这种方式，可以使用单独的定位技术确定机器人当前的位置，也可以根据多种传感器的信息融合来组合定位。但对于GPS等绝对定位技术来说存在定位误差大等缺点，而相对定位虽然在短时间内具有很高的定位精度，但长时间的运行必将会累积大量误差，造成定位错误，以至机器人越界造成事故。尽管可以通过两种定位技术相结合的方式来弥补各自的不足，但定位精度和稳定性方面仍有待提高，并且这种方法也将造成系统的复杂性大大增加，为设计、使用与维护带来诸多不便。对于第二种方法，国外的一些专利技术给出了几种思路，在布设实物信标方面，美国专利US5163273、US4919224、W09915941中介绍了与Auto Mower相似的用电缆包围整个工作区域，然后通电，在工作过程中，机器人通过传感器检查电缆所形成的电磁场来获取边界信息的方法；而在专利JP9135606中，所用方法是在草坪边界设置信标，通过割草机器人上携带的光学传感器探测(岳峰.全区域覆盖自主移动机器人无信标边界生成和识别的研究[D].南京理工大学，2003)，进而获取边界信息等。这些方式所共同的优势是割草机器人对边界的识别非常准确，并且用户可以根据自己的需要围成任意形状。且可以将处在区域中的障碍物用电缆围起来，减少避障系统复杂性，对地面环境要求也较低。但这些方式的缺点也是显而易见的，最重要的就是铺设的电缆需要通电，这将会大大降低实用性。而改进的方式则是将电缆换为按照一定距离布设的磁钉，通过机器人所携带的磁场传感器来探测标识物。这种方法具有较强的适应能力，但同样有磁钉脱落的的隐患存在。有鉴于此，有必要提出一种新的机器人虚拟边界建立与识别方法及系统以解决上述问题
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种适用于割草机器人等小型运动装置的虚拟边界建立与识别方法及系统。本专利技术的一种机器人虚拟边界建立与识别方法，包括:S1、机器人上的脉冲激光扫描探测模块勻速扫描一周；S2、判断是否检测到两个或两个以上的信标，若是，执行步骤S3，若否，返回执行步骤SI ；S3、判断任意信标间的连线是否为虚拟边界，完成虚拟边界的建立；S4、计算机器人与虚拟边界间的距离，判断最短距离是否小于警戒距离，若是，单片机信息处理模块输出控制信号，控制机器人进行回避。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤SI具体为:加电复位时初始化；通过中断O产生所需的频率信号，控制脉冲激光扫描探测模块旋转，覆盖以割草机器人为圆心，测距为半径的圆形区域；通过中断I判断脉冲激光扫描探测模块是否转过一周。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤SI还包括:计算机器人到标杆的距离以及任意标杆相对于机器人之间的夹角。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S3具体为:以割草机器人当前位置为固定点，获得若干三角形；根据机器人到标杆的距离以及标杆相对于机器人之间的夹角利用三角形余弦定理求的两信标的距离，判断所得距离是否为预设距离，若是，则两信标间的连线为有效虚拟边界，若否，则两信标间的连线为无效虚拟边界。作为本专利技术的进一步改进，所述“判断所得距离是否为预设距离”具体为:判断两信标间 的距离是否满足_4η σ +I2 ^ m2 ^ 4η σ +I2，其中I为用三角形余弦定理求的两信标的距离，σ为测距的误差量，η为的最大测量距离。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S4中机器人与虚拟边界间的距离h=X*y*sina/l，其中X和y分别为机器人到信标之间的距离，Q为两信标与机器人的夹角，I为用三角形余弦定理求的两信标的距离，且a= t，ω为脉冲激光扫描探测模块的角速度，t为脉冲激光扫描探测模块转过两信标所用的时间。相应地，一种如权利要求1所述的机器人虚拟边界建立与识别系统，所述系统包括:机器人及分布在真实边界上的若干信标，所述机器人中包括脉冲激光扫描探测模块、单片机信息处理模块以及虚拟边界建立与识别算法模块。作为本专利技术的进一步改进，所述信标由金属杆以及围设于金属杆上的反光带构成。作为本专利技术的进一步改进，所述脉冲激光扫描探测模块包括激光发射单元、激光接收单元及激光准直与聚焦单元。本专利技术的有益效果是:本专利技术中的机器人虚拟边界建立与识别方法及系统定位精度较高，测量距离较长；由于激光的单色性好，系统抗外界干扰能力强；系统较为简单，成本低，且具有可靠性强、耗能少、重量轻的特点，作为用于割草机器人这样的小型的运动装置的系统非常合适。附图说明图1是本专利技术机器人虚拟边界建立与识别方法的流程示意图；图2是本专利技术机器人虚拟边界建立与识别系统的结构示意图；图3是本专利技术中信标的结构示意图；图4是本专利技术机器人测距范围示意图；图5是本专利技术虚拟边界识别原理模型示意图；图6是本专利技术有效二角形判断的具体不意图；图7是本专利技术机器人到边界之间距离几何模型示意图；图8是本专利技术激光测距的原理示意图；图9是本专利技术信标中全反射棱镜的工作原理图；图10是本专利技术机器人虚拟边界建立与识别方法的具体流程图。具体实施例方式以下将结合附图所示的各实施方式对本专利技术进行详细描述。但这些实施方式并不限制本专利技术，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专利技术的保护范围内。参图1所示，本专利技术的一种机器人虚拟边界建立与识别方法，优选地，所述机器人为割草机器人包括: S1、机器人上的脉冲激光扫描探测模块匀速扫描一周，同时计算机器人到标杆的距离以及任意标杆相对于机器人之间的夹角。；S2、判断是否检测到两个或两个以上的信标，若是，执行步骤S3，若否，返回执行步骤SI ；S3、判断任意信标间的连线是否为虚拟边界，完成虚拟边界的建立具体为:具体为:以割草机器人当前位置为固定点，获得若干三角形；根据机器人到标杆的距离以及标杆相对于机器人之间的夹角利用三角形余弦定理求的两信标的距离，判断所得距离是否为预设距离，若是，则两信标间的连线为有效虚拟边界，若否，则两信标间的连线为无效虚拟边界。其中，“判断所得距离是否为预设距离”具体为:判断两信标间的距离是否满足_4η σ +I2^m2 ( 4η σ +I2，其中I为用三角形余弦定理求的两信标的距离，σ为测距的误差量，η为的最大测量距离；S4、计算机器人与虚拟边界间的距离，判断最短距离是否小于警戒距离，若是，单片机信息处理模块输出控制信号，控制机器人进行回避。其中，机器人与虚拟边界间的距离h=X*y*sina/l，其中X本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种机器人虚拟边界建立与识别方法，其特征在于，所述方法包括：S1、机器人上的脉冲激光扫描探测模块匀速扫描一周；S2、判断是否检测到两个或两个以上的信标，若是，执行步骤S3，若否，返回执行步骤S1；S3、判断任意信标间的连线是否为虚拟边界，完成虚拟边界的建立；S4、计算机器人与虚拟边界间的距离，判断最短距离是否小于警戒距离，若是，单片机信息处理模块输出控制信号，控制机器人进行回避。
【技术特征摘要】
1.一种机器人虚拟边界建立与识别方法，其特征在于，所述方法包括: 51、机器人上的脉冲激光扫描探测模块勻速扫描一周； 52、判断是否检测到两个或两个以上的信标，若是，执行步骤S3，若否，返回执行步骤S1； S3、判断任意信标间的连线是否为虚拟边界，完成虚拟边界的建立； D4、计算机器人与虚拟边界间的距离，判断最短距离是否小于警戒距离，若是，单片机信息处理模块输出控制信号，控制机器人进行回避。2.根据权利要求1所述的机器人虚拟边界建立与识别方法，其特征在于，所述步骤SI具体为: 加电复位时初始化； 通过中断O产生所需的频率信号，控制脉冲激光扫描探测模块旋转，覆盖以割草机器人为圆心，测距为半径的圆形区域； 通过中断I判断脉冲激光扫描探测模块是否转过一周。3.根据权利要求1所述的机器人虚拟边界建立与识别方法，其特征在于，所述步骤SI还包括: 计算机器人到标杆的距离以及任意标杆相对于机器人之间的夹角。4.根据权利要求3所述的机器人虚拟边界建立与识别方法，其特征在于，所述步骤S3具体为: 以割草机器人当前位置为固定点，获得若干三角形； 根据机器人到标杆的距离以及标杆相对于机器人之间的夹角利用三角形余弦定理求的两信标的距离，判断所得距离是否为预设距离，若是，则两信标间的连线为有效...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋寿鹏，苗永红，李彦旭，张恒，卢翠娥，姜琴，赵偲，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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