[实用新型]一种智能机器人及其用户定位结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及定位设备技术领域，具体涉及一种用于智能机器人的用户定位结构。本实用新型还涉及一种包括该用户定位结构的智能机器人。

背景技术

在智能机器人的工作过程中，需要利用用户定位结构确定用户的所在方位、距离、高度等参数，以便于根据用户位置做出相应的反馈动作。对于用户定位结构需要同时兼顾以下需求：首先，此定位系统不能对用户造成太大负担，不可对人体造成伤害；且不侵犯隐私，故排除摄像头采集图像识别的方式；由于需要在用户身上放置信标，该信标不能耗能过大，否则电池很大很重；全角度发射，不管用户面朝哪个方向，都不影响定位；要能适应室内室外等多种场合；能区别使用相同装置的其他用户，因此识别方式中需要包含信号配对或用户编码；距离定位范围和误差在可接受的范围之内；由于经常使用，定位过程尽量不要发出噪声。

现有的无线定位技术，适用于近距离精确定位的基本原理有基于信号强度SSOA、基于信号到达时间TOA、基于信号到达时间差TDOA和基于信号到达角度AOA。其中，基于信号强度的多采用蓝牙，根据机器人上设置多个蓝牙的信号强度判断距离，但信号强度与距离的关系受环境影响非常大，定位精度几乎按米计算，无法达到厘米级；基于信号到达时间的可采用超声波主动或被动发射，精度较高，速度也快。由于超声波容易被遮挡，所以只能设置在用户体表，且单个超声波发射角度约60度左右，增加圆锥装置或设置多个超声波以实现全角度发射会造成体积过大，重量过重，且超声波具有机械能，虽然功率很低但长期在用户身上贴身使用，是否对人体有害还不能确定，为区别不同用户，超声波需要携带用户编码信号，超声波的抗干扰性较低；基于信号到达时间差的，如采用电磁波，波速为光速，近距离内时间差过小难以测量，多采用声波的形式，与超声波的测量原理基本雷同。

因此，提供一种用于智能机器人的用户定位结构，以期能够准确判断用户的方位、距离、高度等位置参数，且具有较好的抗干扰能力，提高测量精准度，就成为本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于智能机器人的用户定位结构，以期能够准确判断用户的方位、距离、高度等位置参数，且具有较好的抗干扰能力，提高测量精准度。本实用新型的另一目的是提供一种包括上述用户定位结构的智能机器人。

为实现上述目的，本实用新型提供一种用于智能机器人的用户定位结构，所述智能机器人包括躯干、通过滚珠转盘安装于所述躯干的头部，和机械手臂；所述用户定位结构包括设置于所述头部的水平信号接收组件、设置于所述躯干侧向的竖直信号接收组件，和两个扫描组件；两个扫描组件中的一者为水平方向扫描组件，另一者为竖直方向扫描组件；其中，所述水平信号接收组件包括底板、多个通过支架安装于所述底板的第一红外线接收头，和设置于相邻两所述第一红外线接收头之间的第一屏蔽罩；各所述第一红外线接收头的分布轨迹呈圆形，相邻两所述第一屏蔽罩之间具有第一预设角度，所述支架固接于所述底板，所述第一屏蔽罩固接于所述支架；所述竖直信号接收组件包括第二红外线接收头，和设置于相邻两所述第二红外线接收头之间的第二屏蔽罩，各所述第二红外线接收头的分布轨迹呈半圆形，相邻两所述第二屏蔽罩之间具有第二预设角度；所述扫描组件包括红外扫描器、超声波测距模块，以及驱动所述红外扫描器和超声波测距模块在预设范围内摆动的转动装置。

本实用新型采用基于信号到达角度的可采用红外线扫描的形式，红外线发射头发射角度大，且单个发射头体积小能耗低，可设置多个信标以覆盖全角度。接收头则用黑色不透明屏蔽罩遮住，只留一个小角度的开口，使得接收头只能接受特定角度范围内的红外线信号。当扫描器扫过一个角度后，会得出只有其中一部分的角度可以获得信号；该种红外线扫描的方式对人体无害，且红外线人眼不可见，不会对用户造成干扰，光线直线性好，对于入射角度的测量可以比较精确。红外线抗干扰性较强，通信也有现成的通信协议。扫描器可再增加一个超声波测距模块，在测角度的同时也对距离数据进行采集，用于交叉验证。由于是从机器人方向射出的超声波，距离用户较远，理论上不会对人体健康造成影响。该用户定位结构能够准确判断用户的方位、距离、高度等位置参数，且具有较好的抗干扰能力，提高测量精准度。

进一步地，所述扫描组件还包括L型支架，所述L型支架与所述转动装置的步进电机的摇臂螺栓连接，所述红外扫描器和所述超声波测距模块均安装于所述L型支架上。