一种能沿砖缝循迹前行的移动机器人及其循迹方法

1.本发明涉及机器人技术领域，具体而言，涉及一种能沿砖缝循迹前行的移动机器人及其循迹方法。


背景技术：

2.移动机器人是工业机器人的一种，涉及的基本技术有传感器技术、信息处理技术、自动化控制技术、导航技术等。可用于智能制造复杂工况下的物流运输和户外环境下自主导航，有广泛的应用前景。
3.目前，对于移动机器人的循迹主要有四种方法：一、通过光电传感器识别在道路上设置黑白线来为移动机器人提供行驶方向和速度决策。二、是通过电磁循迹法，用电感作为传感器对电磁场信息进行采集分析处理，一般需要在道路中心线上布设一根通有交变电流的导线作为电磁引导线，电感传感器通过对该导线产生的电磁场进行采集分析处理，判断当前所在位置，从而控制机器人沿预定道路(循迹)行驶。三、是利用摄像头视觉处理的方式，并通过算法和编写程序提取道路的黑线(或白线)信息，判断导向线相对于机器人的位置，从而可以为机器人行驶方向和速度调整决策提供信息，让机器人中心线尽可能始终保持在导向线上，完成循迹行驶任务。四、是通过激光雷达slam方法，激光雷达slam通过对不同时刻的两片点云进行匹配与比对，计算激光雷达相对运动的距离和姿态的改变，从而可以完成机器人自身的定位。
4.大多循迹方法都需铺设黑白线与电磁引导线，都会增加一定的工作量。而图像循迹，虽然不需要增加额外工作，但是算法复杂且对于cpu有着较高要求，成本相对较高。激光雷达slam成本过高，对于室内环境不需要如此较大的工程，会增加工作时间与精力。


技术实现要素：

5.本发明公开了一种能沿砖缝循迹前行的移动机器人，旨在改善上述技术问题。
6.本发明采用了如下方案：
7.一种能沿砖缝循迹前行的移动机器人，包括设有头部和尾部的移动机器人主体，所述移动机器人主体的底部设有转向轮，所述头部的前端和所述尾部的末端分别设有激光发射器；所述头部的固定板上安装有第一组光电传感器阵列和第二组光电传感器阵列，所述尾部的固定板上安装有与所述第一组光电传感器阵列对应的第三组光电传感器阵列，所述光电传感器阵列均与移动机器人主体的信号接收端电连接；所述第一组光电传感器阵列与所述第三组光电传感器阵列中的光电传感器阵列两两对应设置，用于判断机器人是否处于直线前进状态；所述第二组光电传感器阵列配置为用于进一步判断机器人偏移的方向，从而调整转向轮以使得机器人沿砖缝循迹前行。
8.作为进一步改进，所述第一组光电传感器阵列和所述第三组光电传感器阵列分别包括至少三个光电传感器阵列，所述第二组光电传感器阵列包括至少两个光电传感器阵列，且第二组光电传感器阵列中的光电传感器阵列分布在第一组光电传感器阵列的两端。
9.作为进一步改进，所述光电传感器阵列旁设有遮光罩。
10.作为进一步改进，所述光电传感器阵列包括外壳和安装在所述外壳内的光电传感器阵列主体，所述光电传感器阵列主体下端设有光电传感单元模块，所述光电传感单元模块位于所述外壳的内部
11.作为进一步改进，所述外壳的下端设有透镜放置槽，用于放置凸透镜。
12.作为进一步改进，所述外壳内部设有固定柱，所述光电传感器阵列主体上设有与所述固定柱装配的固定槽。
13.作为进一步改进，所述外壳侧端设有连接孔，所述连接孔中设有螺栓，所述外壳通过所述螺栓固定在所述固定板上。
14.作为进一步改进，所述激光发射器发出的一字型的激光与光电传感单元模块平行设置。
15.一种基于上述所述的能沿砖缝循迹前行的移动机器人的循迹方法，包括：
16.当机器人在室内环境进行自主运动时，会控制所述激光发射器向地面发射光束；其中，所述地面为具有砖面和砖缝的地面；
17.随后第一组光电传感器阵列、第二组光电传感器阵列以及第三组光电传感器阵列会采集地面的rgb数值；
18.根据rgb数值控制所述移动机器人主体的转向轮进行调整，以实现机器人的沿砖缝循迹前行。
19.作为进一步改进，根据rgb数值控制所述移动机器人主体的转向轮进行调整，以实现机器人的沿砖缝循迹前行，具体为：
20.当第一组光电传感器阵列与第三组光电传感器阵列中至少有一对光电传感器阵列的rgb数值相同时，判断机器人处于直线前进状态；
21.当第一组光电传感器阵列与第三组光电传感器阵列中的所有光电传感器阵列的rgb数值均不同时，判断机器人的头部产生偏移；
22.根据第二组光电传感器阵列的rgb数值进一步判断偏移的方向，从而对移动机器人主体的转向轮进行调整以实现机器人沿砖缝循迹。
23.通过采用上述技术方案，本发明可以取得以下技术效果：
24.本技术的能沿砖缝循迹前行的移动机器人，通过将第一组光电传感器阵列与第三组光电传感器阵列中的光电传感器阵列两两对应设置，能够判断机器人是否处于直线前进状态；第二组光电传感器阵列能够进一步判断机器人偏移的方向，从而调整转向轮以使得机器人沿砖缝循迹前行。本发明旨在解决室内环境下，机器人能在无人引导的情况下通过rgb数值判定来完成预定路线的行驶。且不用在原有地面的基础上增加黑白线或电磁引导线，并且避免由于图像处理方法与slam激光雷达方法所带来的高昂成本与复杂技术计算的问题。进而改善了现有大多循迹方法都需铺设黑白线与电磁引导线，都会增加一定的工作量，而图像循迹，虽然不需要增加额外工作，但是算法复杂且对于cpu有着高要求，成本相对较高，且激光雷达slam成本过高，对于室内环境不需要如此较大的工程，会增加工作时间与精力的问题。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
26.图1为本发明的整体结构示意图；
27.图2为本发明的整体结构的下视图；
28.图3为发明中的光电传感器阵列爆炸图的下视图；
29.图4为发明中的光电传感器阵列爆炸图的上视图。
具体实施方式
30.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
31.实施例
32.本发明第一实施例提供一种能沿砖缝循迹前行的移动机器人，包括设有头部和尾部的移动机器人主体1，移动机器人主体1的底部设有转向轮2，头部的前端和尾部的末端分别设有激光发射器13，激光发射器13发出激光照在道路时，可以便于机器人能更明显地区分砖缝与砖块的数值信息。
33.进一步地，头部的固定板12上安装有第一组光电传感器阵列和第二组光电传感器阵列，尾部的固定板12上安装有与第一组光电传感器阵列对应的第三组光电传感器阵列，光电传感器阵列均与移动机器人主体1的信号接收端电连接。且第一组光电传感器阵列与第三组光电传感器阵列中的光电传感器阵列两两对应设置，用于判断机器人是否处于直线前进状态；第二组光电传感器阵列用于进一步判断机器人偏移的方向，从而调整转向轮2以使得机器人沿砖缝循迹前行。
34.进一步地，第一组光电传感器阵列和第三组光电传感器阵列分别包括至少三个光电传感器阵列，第二组光电传感器阵列包括至少两个光电传感器阵列，且第二组光电传感器阵列中的光电传感器阵列分布在第一组光电传感器阵列的两端。优选地，第一组光电传感器阵列和第三组光电传感器阵列中的光电传感器阵列的数量均为三个，第二组光电传感器阵列中的光电传感器阵列的数量为两个。第一组光电传感器阵列中的光电传感器阵列依次为第二光电传感器阵列5、第三光电传感器阵列6和第四光电传感器阵列7；第二组光电传感器阵列中的光电传感器阵列为第一光电传感器阵列4和第五光电传感器阵列8，且第一光电传感器阵列4和第五光电传感器阵列8分别设置在第一组光电传感器阵列的两端。第三组光电传感器阵列中的光电传感器阵列依次为第六光电传感器阵列9、第七光电传感器阵列
10和第八光电传感器阵列11，且第二光电传感器阵列5和第六光电传感器阵列9、第三光电传感器阵列6和第七光电传感器阵列10、第四光电传感器阵列7和第八光电传感器阵列11组成三对光电传感器阵列，每一对光电传感器阵列的连线分别平行于移动机器人的中心轴。
35.进一步地，光电传感器阵列旁设有遮光罩3，以遮挡背景光直接对光电传感器阵列产生的干扰。
36.在本实施例中，光电传感器阵列包括外壳407和安装在外壳407内的光电传感器阵列主体，光电传感器阵列主体下端设有光电传感单元模块401，光电传感单元模块401位于外壳407的内部，且其与激光发射器13发出的一字型的激光平行设置。具体为：移动机器人能够通过光电传感单元模块401来提取砖面与砖缝的rgb信息，进而让移动机器人主体1的接收端能够通过信息差别寻找到砖缝，使得机器人能够沿砖缝循迹前行。
37.进一步地，外壳407的下端设有透镜放置槽402，用于放置凸透镜404，能够对室内道路上砖与砖之间的缝隙进行光学处理，便于光电传感器阵列更精准地识别砖缝所带来的rgb信息。
38.进一步地，外壳407内部设有固定柱405，光电传感器阵列主体上设有与固定柱405装配的固定槽406，以实现光电传感器阵列主体在外壳407上的固定。且外壳407侧端设有连接孔403，连接孔403中设有螺栓，外壳407通过螺栓固定连接在固定板12上。
39.本发明第二实施例提供一种基于上述所述的能沿砖缝循迹前行的移动机器人的循迹方法，包括：当机器人在室内环境进行自主运动时，会控制激光发射器13向地面发射光束；其中，地面为具有砖面和砖缝的地面；随后第一组光电传感器阵列、第二组光电传感器阵列以及第三组光电传感器阵列会采集地面的rgb数值；根据rgb数值控制移动机器人主体1的转向轮2进行调整，以实现机器人的沿砖缝循迹前行。具体为：当第一组光电传感器阵列与第三组光电传感器阵列中至少有一对光电传感器阵列的rgb数值相同时，判断机器人处于直线前进状态；当第一组光电传感器阵列与第三组光电传感器阵列中的所有光电传感器阵列的rgb数值均不同时，判断机器人的头部产生偏移；根据第二组光电传感器阵列的rgb数值进一步判断偏移的方向，从而对移动机器人主体1的转向轮2进行调整以实现机器人沿砖缝循迹。
40.具体工作原理：当机器人在室内环境进行自主运动时，光电传感器阵列可以读取室内环境道路上砖面与砖缝之间的rgb数值差异，通过激光发射器13发出的激光可以使得光电传感器阵列更明显地区分砖缝与砖面，从而加强对rgb数值的提取，计算循迹线的曲率，并将信号传输至移动机器人主体1的信号接收端。当第二光电传感器阵列5和第六光电传感器阵列9,第三光电传感器阵列6和第七光电传感器阵列10,第四光电传感器阵列7和第八光电传感器阵列11三对在进行直线前进运动时两两对应的数据中，有一对光电传感器阵列所得到的rgb数值信息相同时，为机器人处于直线前进状态，若三对光电传感器阵列所得到的rgb数值信息均不相等时，为机器人头部产生偏移，这时结合机器人头部的第一光电传感器阵列4和第五光电传感器阵列8传输至移动机器人主体1的信号接收端的信号，来判断偏移方向，从而对移动机器人主体1的转向轮2进行调整以实现机器人沿砖缝循迹。
41.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种能沿砖缝循迹前行的移动机器人，其特征在于，包括设有头部和尾部的移动机器人主体，所述移动机器人主体的底部设有转向轮，所述头部的前端和所述尾部的末端分别设有激光发射器；所述头部的固定板上安装有第一组光电传感器阵列和第二组光电传感器阵列，所述尾部的固定板上安装有与所述第一组光电传感器阵列对应的第三组光电传感器阵列，所述光电传感器阵列均与移动机器人主体的信号接收端电连接；所述第一组光电传感器阵列与所述第三组光电传感器阵列中的光电传感器阵列两两对应设置，用于判断机器人是否处于直线前进状态；所述第二组光电传感器阵列配置为用于进一步判断机器人偏移的方向，从而调整转向轮以使得机器人沿砖缝循迹前行。2.根据权利要求1所述的能沿砖缝循迹前行的移动机器人，其特征在于，所述第一组光电传感器阵列和所述第三组光电传感器阵列分别包括至少三个光电传感器阵列，所述第二组光电传感器阵列包括至少两个光电传感器阵列，且第二组光电传感器阵列中的光电传感器阵列分布在第一组光电传感器阵列的两端。3.根据权利要求1所述的能沿砖缝循迹前行的移动机器人，其特征在于，所述光电传感器阵列旁设有遮光罩。4.根据权利要求1所述的能沿砖缝循迹前行的移动机器人，其特征在于，所述光电传感器阵列包括外壳和安装在所述外壳内的光电传感器阵列主体，所述光电传感器阵列主体下端设有光电传感单元模块，所述光电传感单元模块位于所述外壳的内部。5.根据权利要求4所述的能沿砖缝循迹前行的移动机器人，其特征在于，所述外壳的下端设有透镜放置槽，用于放置凸透镜。6.根据权利要求4所述的能沿砖缝循迹前行的移动机器人，其特征在于，所述外壳内部设有固定柱，所述光电传感器阵列主体上设有与所述固定柱装配的固定槽。7.根据权利要求4所述的能沿砖缝循迹前行的移动机器人，其特征在于，所述外壳侧端设有连接孔，所述连接孔中设有螺栓，所述外壳通过所述螺栓固定在所述固定板上。8.根据权利要求4所述的能沿砖缝循迹前行的移动机器人，其特征在于，所述激光发射器发出的一字型的激光与光电传感单元模块平行设置。9.一种基于权利要求1-8任一项所述的能沿砖缝循迹前行的移动机器人的循迹方法，其特征在于，包括：当机器人在室内环境进行自主运动时，会控制所述激光发射器向地面发射光束；其中，所述地面为具有砖面和砖缝的地面；随后第一组光电传感器阵列、第二组光电传感器阵列以及第三组光电传感器阵列会采集地面的rgb数值；根据rgb数值控制所述移动机器人主体的转向轮进行调整，以实现机器人的沿砖缝循迹前行。10.根据权利要求9所述的循迹方法，其特征在于，根据rgb数值控制所述移动机器人主体的转向轮进行调整，以实现机器人的沿砖缝循迹前行，具体为：当第一组光电传感器阵列与第三组光电传感器阵列中至少有一对光电传感器阵列的rgb数值相同时，判断机器人处于直线前进状态；当第一组光电传感器阵列与第三组光电传感器阵列中的所有对应的光电传感器阵列的rgb数值均不同时，判断机器人的头部产生偏移；
根据第二组光电传感器阵列的rgb数值进一步判断偏移的方向，从而对移动机器人主体的转向轮进行调整以实现机器人沿砖缝循迹。

技术总结
本发明提供一种能沿砖缝循迹前行的移动机器人，包括设有头部和尾部的移动机器人主体，移动机器人主体的底部设有转向轮，头部和尾部分别设有激光发射器；头部上装有第一组光电传感器阵列和第二组光电传感器阵列，尾部上装有与第一组光电传感器阵列对应的第三组光电传感器阵列，且光电传感器阵列均与移动机器人主体的信号接收端电连接。第一组光电传感器阵列与第三组光电传感器阵列中的光电传感器阵列两两对应，以判断机器人是否处于直线前进状态；第二组光电传感器阵列用于进一步判断机器人偏移的方向，从而调整转向轮以使得机器人沿砖缝循迹前行。本发明旨在解决室内环境下，机器人能在无人引导的情况下通过判别砖缝来完成预定路线的行驶。完成预定路线的行驶。完成预定路线的行驶。


技术研发人员：方遒 何志豪 郭星浩 黄智渊
受保护的技术使用者：厦门理工学院
技术研发日：2023.05.05
技术公布日：2023/8/24