一种扫地机器人智能导航系统技术方案

本发明专利技术涉及一种扫地机器人智能导航系统，包括导航仪和扫地机，导航仪放在需要打扫的房间的某一边的中央处；在导航仪上安装有红外发光管和红外接收头，在导航仪上还安装有噪声波发射头，在扫地机上安装有红外发光管和红外接收头，在扫地机上还安装有噪声波接收头，扫地机包含两个后轮，分别用马达驱动，用PID调节方式控制两个轮子的速度一致；导航仪发出红外线和噪声波，扫地机在房间的运行角度始终和导航仪垂直，这样每次经过房间中央，扫地机将会获得红外和噪声波信号，红外和噪声波信号计算出扫地机的位置。本发明专利技术能准确的定位扫地机器人的控制位置，通过控制扫地机器人的位置，方便而且不走重复路地将房间打扫干净，有效地解放了人力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种导航系统，尤其涉及一种能准确的定位扫地机器人的控制位置，通过控制扫地机器人的位置，方便而且不走重复路地将房间打扫干净，有效地解放了人力的扫地机器人智能导航系统。
技术介绍
扫地机有两个后轮，分别用马达驱动，虽然用PID调节方式控制两个轮子的速度一致，但由于打滑和机械误差，扫地机每运行一段距离就会发生偏移。也就是在实际运行的过程中，无法走笔直的直线。这样产生的问题便是当多个回合走下来，扫地机将产生较大的偏转。但是扫地的路径覆盖算法要求必须走直线，否则无法正常工作。为了克服这个困难，可以在扫地机内部安装MEMS陀螺仪解决，但是陀螺仪有漂移和累计误差，以及AD转换等引起的误差，时间一长也是会发生偏转。为此，需要提出一种定期纠正角度和位置的方法。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的主要目的在于提供一种能准确的定位扫地机器人的控制位置，通过控制扫地机器人的位置，方便而且不走重复路地将房间打扫干净，有效地解放了人力的扫地机器人智能导航系统。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的:一种扫地机器人智能导航系统，所述导航系统包括导航仪和扫地机，所述导航仪和扫地机均放在需要打扫的房间的水平地面上，所述导航仪放在需要打扫的房间的某一边的中央处；在所述导航仪上安装有红外发光管和红外接收头，在所述导航仪上还安装有噪声波发射头，在所述扫地机上安装有红外发光管和红外接收头，在所述扫地机上还安装有噪声波接收头，所述扫地机包含两个后轮，分别用马达驱动，用PID调节方式控制两个轮子的速度一致；所述导航仪发出红外线和噪声波，所述扫地机在房间的运行角度始终和导航仪垂直，这样每次经过房间中央，扫地机将会获得红外和噪声波信号，红外和噪声波信号计算出扫地机的位置。在本专利技术的具体实施例子中:扫地机在运行的过程中，每过一段距离，通过扫地机上方的红外发射管，发射测距请求数据包CQ1，物理通信方式为38Khz的调制红外线；红外线从需要打扫房间的天花板反射到导航仪，导航仪上方的红外接收管经过解调并处理，输出解码的波形，导航仪上的单片机分析波形，知道被请求测距；导航仪通过前方的噪声波发射头发出噪声波，同时通过前方的红外发射管发射红外线；由于这个红外线发射角度为I度，因此基本没发生散射，接近直线，同时也具有一定的范围，也就是光柱是一个以I度为夹角的锥形光柱，这样可以使得扫地机的红外接收管容易对准并接收到，红外接收管接收到以后，就获得了参考线LI ;噪声波发射头发射噪声波后，经过若干时间，到达扫地机的噪声波接收管，扫地机内的处理器分析计算出距离r，然后扫地机继续前进很小的距离L2，同时检测到和导航仪之间的距离L3，获得目前的水平姿态角，从而可以知道目前扫地机在房间内的位置信息。在本专利技术的具体实施例子中:导航仪左右两边安装了为了防止扫地机运行的时候撞上导航仪，从而导致导航仪位移，影响位置基准的红外发射管。在本专利技术的具体实施例子中:在需要打扫的多个房间分别安装一台导航仪，每台导航仪有不同的地址编码，扫地机接收到多个应答信息后，知道有多个房间打扫，从而进入相应的房间打扫。在本专利技术的具体实施例子中:在扫地机内部安装MEMS陀螺仪，在房间的角落或由于物体的阻挡，无法接收到导航仪发出的红外和噪声波信号的地方，采用MEMS陀螺仪并结合卡尔曼滤波算法可以保证每分钟导航仪和扫地机之间的角度误差在I度以内。在本专利技术的具体实施例子中:所述扫地机上安装的红外发射管，射向正上方为120度发射角度，还有两个红外接收头，接收头正面朝向前方，另外一个接收头是背面朝正前方。在本专利技术的具体实施例子中:所述在导航仪上有四个红外发光管，分别射向正上方，正前方，左边，右边，其中正上方的发光管为120度发射角度；前方的红外发射管通过一个长的圆孔，发射角度为I度；左边和右边则采用30度的发射；左右两边的红外发射功率很小，调整有效发射距离为8-12cm。在本专利技术的具体实施例子中:所述导航仪上安装的红外接收头，为120度接收角度，正面朝上。本专利技术的积极进步效果在于:本专利技术提供的扫地机器人智能导航系统能准确的定位扫地机器人的控制位置，通过控制扫地机器人的位置，方便而且不走重复路地将房间打扫干净，有效地解放了人力，环保节能。附图说明图1是本专利技术提供的导航系统中导航仪和扫地机在房间工作情况示意图。图2是本专利技术提供的导航系统中导航仪和扫地机在工作时的测量扫地机的水平姿态角的示意图之一。图3是本专利技术提供的导航系统中导航仪和扫地机在工作时的测量扫地机的水平姿态角的示意图之二。图4是本专利技术提供的导航系统中导航仪和扫地机在工作时的测量扫地机的水平姿态角的示意图之三。图5为本专利技术提供的导航系统中导航仪和扫地机上安装有红外发光管和接收头后的工作不意图。图6为本专利技术提供的红外通信2个字节的数据格式距离的示意图。图7为本专利技术提供的红外通信“I”的占空比的示意图。图8为本专利技术提供的红外通信“O”的占空比的示意图。图9为本专利技术提供的红外通信的FPGA模块间的逻辑结构的示意图。图10为本专利技术提供的红外通信38Kc的调试前和调制后的波形的示意图。具体实施例方式下面结合附图给出本专利技术较佳实施例，以详细说明本专利技术的技术方案。图1是本专利技术提供的导航系统中导航仪和扫地机在房间工作情况示意图。如图1所示:本专利技术提供的扫地机器人智能导航系统包括导航仪2和扫地机3，导航仪2和扫地机3均放在需要打扫的房间I的水平地面上，导航仪2放在需要打扫的房间的某一边的中央处。图5为本专利技术提供的导航系统中导航仪和扫地机上安装有红外发光管和接收头后的工作示意图。如图5所示:在导航仪2上安装有红外发光管和红外接收头，在导航仪2上还安装有噪声波发射头，在扫地机3上安装有红外发光管和红外接收头，在扫地机上还安装有噪声波接收头。导航仪2发出红外线和噪声波，扫地机3在房间的运行角度始终和导航仪2垂直，这样每次经过房间中央，扫地机3将会获得红外和噪声波信号，红外和噪声波信号计算出扫地机3的位置。扫地机3有两个后轮，分别用马达驱动，虽然用PID调节方式控制两个轮子的速度一致，但由于打滑和机械误差，扫地机每运行一段距离就会发生偏移。也就是在实际运行的过程中，无法走笔直的直线。这样产生的问题便是当多个回合走下来，扫地机将产生较大的偏转。但是扫地的路径覆盖算法要求必须走直线，否则无法正常工作。为了克服这个困难，可以在扫地机内部安装MEMS陀螺仪解决，但是陀螺仪有漂移和累计误差，以及AD转换等引起的误差，时间一长也是会发生偏转。为此，可以采用本专利技术提供的扫地机器人智能导航系统开定期纠正扫地机的角度和位置。导航仪放在房间边上的中央，发出红外线和噪声波。扫地机的运行角度始终和导航仪垂直。扫地机从上往下，从右向左运行。这样每次经过房间中央，扫地机将会获得红外和噪声波信号，从而知道自己目前的位置。即使走偏了，也能及时纠正。内部的陀螺仪还是有用的，因为在有些位置，特别是角落，由于物体的阻挡，无法接收到导航信息，这样陀螺仪便能协助扫地机获得方位信息。采用数字式高精度陀螺仪并结合卡尔曼滤波算法可以保证每分钟误差在I度以内。这样在角落工作10分钟引起的误差是10度左右。图2是本专利技术提供的导航系统中导航仪和扫地机在工作时的测量扫地机的水平姿态角的示意图之一。图3是本专利技术提供的导航本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种扫地机器人智能导航系统，其特征在于：所述导航系统包括导航仪和扫地机，所述导航仪和扫地机均放在需要打扫的房间的水平地面上，所述导航仪放在需要打扫的房间的某一边的中央处；在所述导航仪上安装有红外发光管和红外接收头，在所述导航仪上还安装有噪声波发射头，在所述扫地机上安装有红外发光管和红外接收头，在所述扫地机上还安装有噪声波接收头，所述扫地机包含两个后轮，分别用马达驱动，用PID调节方式控制两个轮子的速度一致；所述导航仪发出红外线和噪声波，所述扫地机在房间的运行角度始终和导航仪垂直，这样每次经过房间中央，扫地机将会获得红外和噪声波信号，红外和噪声波信号计算出扫地机的位置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王真星，
申请(专利权)人：上海第二工业大学，
类型：发明
国别省市：