[发明专利]移动式机器人和它的路径调节方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种沿着室内自动行走的移动式机器人，尤其涉及到一种具有视野照相机以定位并避免与室内障碍物碰撞的移动式机器人。本发明还涉及到用于该移动式机器人的路径调节方法。

背景技术

一般来讲，移动式机器人具有电源和安装在它的体内的传感器，因此它可以不需要外部电源和操纵就能够在给定区域内自动行走。用于室内的移动式机器人主要有两种：一种用于清洁住宅的房间的机器人；和另一种用于守卫住宅避免入侵的机器人。

传统的机器人使用不规则运动方法，这样的机器人不辨认它的位置而在任意方向移动，当遇到诸如墙壁、桌子等障碍物时就会反复地改变它的方向。

这种传统的机器人包括：用于使移动式机器人在室内移动的运动装置；用于探测存在的诸如墙壁、桌子等障碍物的障碍物检测器；通过控制运动装置和障碍物检测器来调节移动式机器人的方向的控制部分，以及用于储存并给各个装置提供电力的电源。

运动装置可以是使用继动器或步进马达以旋转多个齿轮并运动该移动式机器人的轮型装置，使用履带的履带型装置，或使用多条腿的关节型装置。在这些类型的装置中，最广泛使用的是轮型运动装置。

障碍物检测器利用超声传感器或激光传感器探测诸如墙壁、桌子等障碍物，并发出相应的信号到控制部分。障碍物检测器的传感器最好安置在与移动表面相平行的移动式机器人的前面，从而能够更准确地探测位于运动通路中的障碍物。

控制部分包括安装在其上的微处理器和存储器，用于控制移动式机器人的总的操作，诸如根据从障碍物检测器和内部通信设备接收到的信号以及预设程序，给运动装置发出启动命令，控制运动装置的运动以避开障碍物，以及当它判断电平低于预定值时进行充电。

电源用于为移动式机器人的各个部分，诸如旋转运动装置的齿轮的马达、探测存在的任何障碍物的传感器和控制部分等的运行提供电力。该电源通常是蓄电池，能够使移动式机器人在不连接外部电源的情况下运行一段时期。

下面将详细描述如上构造的移动式机器人的运行。

首先，当移动式机器人接收到启动命令后，控制部分分别给运动装置和障碍物检测器发出运动命令和相应的探测信号。响应从控制部分发出的信号，通过驱动马达使运动装置在一定方向运动。在此时，通过运行传感器，障碍物检测器发出探测信号给控制部分。在移动式机器人运行期间，当传感器探测到在机器人的预定距离范围内存在障碍物时，控制部分给运动装置发出命令以改变移动式机器人的路径和运动方向。然后，运动装置恢复移动式机器人的运动。任何时候移动式机器人遇到障碍，它就会通过上述处理改变移动式机器人的运动方向。即，移动式机器人根据它的初始位置和障碍物的定位，画出图1所示的随机轨迹上运动。

但是发现，这种随机运动的移动式机器人当它在一个限定区域内运动时效率很低，因为它是在一个随机轨道上运动。这种随机运动的移动式机器人的另一个缺点是，它经常在相同区域内重复移动。

传统的障碍物检测器所用的超声传感器包括用于发射超声波的超声发射部分，和用于接收从障碍物反射的超声波的超声接收部分。通过测量在发射超声波和接收反射的超声波之间的时间间隙，控制部分计算移动式机器人到障碍物之间的距离。由此，控制移动式机器人的马达以躲避障碍物。

尽管传统的障碍物检测器和它的检测方法可以测量移动式机器人到障碍物之间的距离，但是这种障碍物检测器不能够根据障碍物的状态来恰当地处理障碍物，因为它不能够获得准确的诸如障碍物的形状等关于障碍物状态的信息。因此，这种移动式机器人不可能判断是否穿过或躲避这一障碍物。

要求移动式机器人保持预定方向以便有效地执行清洁或警卫操作。因此，需要周期性检查移动式机器人是否沿着正确的路径运动，如果判断该移动式机器人已经偏离路径，则调整移动式机器人的方向。

为了确保移动式机器人在正确的道路上运动，传统的移动式机器人采用导带或房间的墙壁作为参照。

当使用这种贴附在地板上的导带时，移动式机器人利用光敏传感器或磁敏传感器检查导带。这种移动式机器人沿着导带运动，导带相对于传感器的位置决定移动式机器人是否在正确的道路上。

当使用房间的墙壁作为参照时，根据由诸如超声传感器等传感器探测到的移动式机器人到墙壁的距离，来判断移动式机器人是否沿着正确的道路运动。根据移动式机器人到墙壁的距离，该移动式机器人可以调整它的方向。