智能室外機(jī)器人及其機(jī)器人系統(tǒng)技術(shù)方案

一種智能室外機(jī)器人，包括：運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于使得機(jī)器人進(jìn)行物理運(yùn)動(dòng)；傳感機(jī)構(gòu)，用于感測機(jī)器人的當(dāng)前位置，包括GNSS接收器，慣性傳感器，無線收發(fā)模塊，及里程計(jì)，其通過GNSS接收器，慣性傳感器，及/或里程計(jì)測得當(dāng)前位置，并通過無線收發(fā)模塊發(fā)送基于當(dāng)前位置的當(dāng)前位置數(shù)據(jù)及/或接收控制命令；控制機(jī)構(gòu)，其根據(jù)控制命令控制運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)從而使得機(jī)器人移動(dòng)至目標(biāo)位置；以及電源管理模塊，其為機(jī)器人的各個(gè)機(jī)構(gòu)供電。根據(jù)本實(shí)用新型專利技術(shù)實(shí)施例的室外機(jī)器人及其機(jī)器人系統(tǒng)與控制方法，通過對定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合有效的解決了機(jī)器人控制系統(tǒng)對定位精度的要求，同時(shí)加強(qiáng)了智能部件能有效蔽障與規(guī)劃。制造成本相對較低，具有非常高的使用價(jià)值與經(jīng)濟(jì)利益。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及一種室外機(jī)器人及其機(jī)器人系統(tǒng)，尤其涉及室外機(jī)器人的實(shí)時(shí)定位，實(shí)時(shí)涉及和處理路徑和障礙。
技術(shù)介紹
機(jī)器人在室外運(yùn)用已經(jīng)相當(dāng)普遍，但主要運(yùn)用則仍然比較低端，無法智能控制和導(dǎo)航。隨著大規(guī)模智能硬件的誕生，人工智能已經(jīng)逐漸成為趨勢。因而機(jī)器人也開始進(jìn)入家庭生活。但市面上精確定位控制的機(jī)器人比較少，主要原因?yàn)楦呔鹊膬x器成本比較高，如激光定位器。成本低的設(shè)備精度比較低，如GPS接收器。通常民用級別都采用GPS接收器，機(jī)器人的運(yùn)用上可以說效果比較差，一般精度在1米左右，無法有效的運(yùn)行機(jī)器人控制系統(tǒng)以及規(guī)劃系統(tǒng)。例如，GPS全球定位系統(tǒng)(GlobalPositioningSystem)是美國國防部研制和維護(hù)的中距離圓型軌道衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。它可以為地球表面絕大部分地區(qū)(98％)提供準(zhǔn)確的定位、測速和高精度的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。全球定位系統(tǒng)可滿足位于全球任何地方或近地空間的軍事用戶連續(xù)精確的確定三維位置、三維運(yùn)動(dòng)和時(shí)間的需要。該系統(tǒng)包括太空中的24顆GPS衛(wèi)星；地面上1個(gè)主控站、3個(gè)數(shù)據(jù)注入站和5個(gè)監(jiān)測站及作為用戶端的GPS接收機(jī)。最少只需其中4顆衛(wèi)星，就能迅速確定用戶端在地球上所處的位置及海拔高度；所能收聯(lián)接到的衛(wèi)星數(shù)越多，解碼出來的位置就越精確。基于此GPS技術(shù)，機(jī)器人實(shí)時(shí)性會(huì)較差，定位精度也不高，且有環(huán)境場景限制，此時(shí)機(jī)器人要達(dá)到智能化還有很多差距。此外，隨著衛(wèi)星定位技術(shù)的快速發(fā)展，人們對機(jī)器人的快速高精度位置數(shù)據(jù)的需求也日益強(qiáng)烈。而目前使用最為廣泛的高精度定位技術(shù)就是RTK(實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位：Real-TimeKinematic)，RTK技術(shù)的關(guān)鍵在于使用了定位技術(shù)的載波相位觀測量，并利用了參考站和移動(dòng)站之間觀測誤差的空間相關(guān)性，通過差分的方式除去移動(dòng)站觀測數(shù)據(jù)中的大部分誤差，從而實(shí)現(xiàn)高精度(分米甚至厘米級)的定位。業(yè)界的定位系統(tǒng)已經(jīng)有了長足的發(fā)展，GNSS(全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)：GlobalNavigationSatelliteSystem)，泛指所有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，包括全球的、區(qū)域的和增強(qiáng)的，如美國的GPS、俄羅斯的Glonass、歐洲的Galileo、中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，以及相關(guān)的增強(qiáng)系統(tǒng)，如美國的WAAS(廣域增強(qiáng)系統(tǒng))、歐洲的EGNOS(歐洲靜地導(dǎo)航重疊系統(tǒng))和日本的MSAS(多功能運(yùn)輸衛(wèi)星增強(qiáng)系統(tǒng))等，還涵蓋在建和以后要建設(shè)的其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。遺憾的是，針對室外機(jī)器人，業(yè)界并未將定位技術(shù)擴(kuò)展至全GNSS，精度較差，無法滿足實(shí)際的使用需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)旨在克服現(xiàn)有低成本定位技術(shù)的精度限制，用現(xiàn)有GPS-RTK技術(shù)擴(kuò)展運(yùn)用到GLONASS、GALILEO與BEIDO等GNSS系統(tǒng)，提供高精度的路徑規(guī)劃和智能壁障等定位操作。為了達(dá)成上述目的，提供了一種智能室外機(jī)器人，包括：運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于使得所述機(jī)器人進(jìn)行物理運(yùn)動(dòng)；傳感機(jī)構(gòu)，用于感測所述機(jī)器人的當(dāng)前位置，包括GNSS接收器，慣性傳感器，無線收發(fā)模塊，及里程計(jì)，其通過所述GNSS接收器，慣性傳感器，及/或里程計(jì)測得所述當(dāng)前位置，并通過所述無線收發(fā)模塊發(fā)送基于所述當(dāng)前位置的當(dāng)前位置數(shù)據(jù)及/或接收控制命令；控制機(jī)構(gòu)，其根據(jù)所述控制命令控制所述運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)從而使得所述機(jī)器人移動(dòng)至目標(biāo)位置；以及電源管理模塊，其為所述機(jī)器人的各個(gè)機(jī)構(gòu)供電。本技術(shù)的另一方面為一種智能室外機(jī)器人系統(tǒng)，包括：智能室外機(jī)器人；及參考基站，所述參考基站從所述機(jī)器人獲得所述機(jī)器人的當(dāng)前位置數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述參考基站的參考位置數(shù)據(jù)發(fā)出控制命令，從而使得所述機(jī)器人根據(jù)所述參考位置數(shù)據(jù)進(jìn)行定位。一些實(shí)施例中，所述參考基站包括：GNSS接收器，其根據(jù)GNSS衛(wèi)星數(shù)據(jù)采樣得到參考基站GNSS數(shù)據(jù)；無線收發(fā)模塊，其將所述參考基站GNSS數(shù)據(jù)發(fā)送至所述機(jī)器人，并從所述智能機(jī)器人接收所述當(dāng)前位置數(shù)據(jù)；處理單元，其控制數(shù)據(jù)接收并且對所述當(dāng)前位置數(shù)據(jù)和所述GNSS數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，以規(guī)劃所述機(jī)器人的定位。根據(jù)本技術(shù)實(shí)施例的室外機(jī)器人及其機(jī)器人系統(tǒng)，通過對定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合有效的解決了機(jī)器人控制系統(tǒng)對定位精度的要求，同時(shí)加強(qiáng)了智能部件能有效蔽障與規(guī)劃。制造成本相對較低，具有非常高的使用價(jià)值與經(jīng)濟(jì)利益。附圖說明結(jié)合附圖，通過下文的詳細(xì)說明，可更清楚地理解本技術(shù)的上述及其他特征和優(yōu)點(diǎn)，其中：圖1為根據(jù)本技術(shù)實(shí)施例的智能室外機(jī)器人系統(tǒng)中的參考基站的模塊圖；圖2為根據(jù)本技術(shù)實(shí)施例的智能室外機(jī)器人系統(tǒng)中的機(jī)器人的模塊圖；圖3為根據(jù)本技術(shù)實(shí)施例的智能室外機(jī)器人系統(tǒng)的控制方法的框架圖；圖4示出了根據(jù)本技術(shù)實(shí)施例的智能室外機(jī)器人系統(tǒng)的基本原理；圖5根據(jù)本技術(shù)實(shí)施例的智能室外機(jī)器人系統(tǒng)的控制方法的框架圖；圖6為根據(jù)本技術(shù)實(shí)施例的智能室外機(jī)器人系統(tǒng)的控制方法的流程圖；圖7示出了根據(jù)本技術(shù)實(shí)施例的智能室外機(jī)器人系統(tǒng)的控制方法的定位系統(tǒng)時(shí)序；圖8示出了慣性系統(tǒng)定位原理。具體實(shí)施方式參見本技術(shù)具體實(shí)施例的附圖，下文將更詳細(xì)地描述本技術(shù)。然而，本技術(shù)可以以許多不同形式實(shí)現(xiàn)，并且不應(yīng)解釋為受在此提出之實(shí)施例的限制。相反，提出這些實(shí)施例是為了達(dá)成充分及完整公開，并且使本
的技術(shù)人員完全了解本技術(shù)的范圍?，F(xiàn)詳細(xì)說明根據(jù)本技術(shù)實(shí)施例的一種智能室外機(jī)器人，包括運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于使得所述機(jī)器人進(jìn)行物理運(yùn)動(dòng)；傳感機(jī)構(gòu)，用于感測所述機(jī)器人的當(dāng)前位置，包括GNSS接收器，慣性傳感器，無線收發(fā)模塊，及里程計(jì)，其通過所述GNSS接收器，慣性傳感器，及/或里程計(jì)測得所述當(dāng)前位置，并通過所述無線收發(fā)模塊發(fā)送基于所述當(dāng)前位置的當(dāng)前位置數(shù)據(jù)及/或接收控制命令；控制機(jī)構(gòu)，其根據(jù)所述控制命令控制所述運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)從而使得所述機(jī)器人移動(dòng)至目標(biāo)位置；以及電源管理模塊，其為所述機(jī)器人的各個(gè)機(jī)構(gòu)供電?，F(xiàn)詳細(xì)說明根據(jù)本技術(shù)實(shí)施例的智能室外機(jī)器人系統(tǒng)，包括智能室外機(jī)器人；及參考基站，所述參考基站從所述機(jī)器人獲得所述機(jī)器人的當(dāng)前位置數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述參考基站的參考位置數(shù)據(jù)發(fā)出控制命令，從而使得所述機(jī)器人根據(jù)所述參考位置數(shù)據(jù)進(jìn)行定位。所述參考基站包括：GNSS接收器，其根據(jù)GNSS衛(wèi)星數(shù)據(jù)采樣得到參考基站GNSS數(shù)據(jù)；無線收發(fā)模塊，其將所述參考基站GNSS數(shù)據(jù)發(fā)送至所述機(jī)器人，并從所述智能機(jī)器人接收所述當(dāng)前位置數(shù)據(jù)；處理單元，其控制數(shù)據(jù)接收并且對所述當(dāng)前位置數(shù)據(jù)和所述GNSS數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，以規(guī)劃所述機(jī)器人的定位?，F(xiàn)詳細(xì)說明對根據(jù)本技術(shù)實(shí)施例的智能室外機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行控制的方法，包括如下步驟：(1)所述機(jī)器人發(fā)送當(dāng)前位置數(shù)據(jù)至所述參考基站，所述參考基站由所述無線收發(fā)模塊接收；(2)所述處理單元處理所述機(jī)器人的當(dāng)前位置數(shù)據(jù)，給出定位命令；且(3)所述參考基站通過所述無線收發(fā)模塊發(fā)送所述下一步運(yùn)行狀態(tài)和命令至所述機(jī)器人。步驟(1)，中所述控制機(jī)構(gòu)先使用慣性傳感器與馬達(dá)里程計(jì)套入卡爾曼濾波器計(jì)算并估算所述當(dāng)前位置以獲得初始當(dāng)前位置數(shù)據(jù)。所述機(jī)器人的控制機(jī)構(gòu)還將所述參考基站GNSS數(shù)據(jù)與所述機(jī)器人的GNSS接收器所獲得的機(jī)器人GNSS數(shù)據(jù)進(jìn)行兩次差分，并將差分后的GNSS數(shù)據(jù)作為測量輸入量以得到最優(yōu)狀態(tài)預(yù)估量。根據(jù)所述最優(yōu)狀態(tài)預(yù)估量與所述目標(biāo)位置，計(jì)算得到誤差量，并根據(jù)所述誤差量生成所述定位命令。還包括判斷所本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種智能室外機(jī)器人，其特征在于，包括：運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于使得所述機(jī)器人進(jìn)行物理運(yùn)動(dòng)；傳感機(jī)構(gòu)，用于感測所述機(jī)器人的當(dāng)前位置，包括GNSS接收器，慣性傳感器，無線收發(fā)模塊，及里程計(jì)，其通過所述GNSS接收器，慣性傳感器，及/或里程計(jì)測得所述當(dāng)前位置，并通過所述無線收發(fā)模塊發(fā)送基于所述當(dāng)前位置的當(dāng)前位置數(shù)據(jù)及/或接收控制命令；控制機(jī)構(gòu)，其根據(jù)所述控制命令控制所述運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)從而使得所述機(jī)器人移動(dòng)至目標(biāo)位置；以及電源管理模塊，其為所述機(jī)器人的各個(gè)機(jī)構(gòu)供電。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種智能室外機(jī)器人，其特征在于，包括：運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于使得所述機(jī)器人進(jìn)行物理運(yùn)動(dòng)；傳感機(jī)構(gòu)，用于感測所述機(jī)器人的當(dāng)前位置，包括GNSS接收器，慣性傳感器，無線收發(fā)模塊，及里程計(jì)，其通過所述GNSS接收器，慣性傳感器，及/或里程計(jì)測得所述當(dāng)前位置，并通過所述無線收發(fā)模塊發(fā)送基于所述當(dāng)前位置的當(dāng)前位置數(shù)據(jù)及/或接收控制命令；控制機(jī)構(gòu)，其根據(jù)所述控制命令控制所述運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)從而使得所述機(jī)器人移動(dòng)至目標(biāo)位置；以及電源管理模塊，其為所述機(jī)器人的各個(gè)機(jī)構(gòu)供電。2.一種智能室外機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，包括：智能室外機(jī)器人；及參考基站，所述參考基站從所述機(jī)器人獲得所述機(jī)器人的當(dāng)前位置數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述參考基站的參考位置數(shù)據(jù)發(fā)出控制命令，從而使得所述機(jī)器人根據(jù)所述參考位置數(shù)據(jù)進(jìn)行定位。3.如權(quán)利要求2所述的智能室外機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述機(jī)器人包括：運(yùn)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳越凡，
申請(專利權(quán))人：邦鼓思電子科技上海有限公司，
類型：新型
國別省市：上海;31