本實用新型屬于定位導航設備技術領域，具體涉及一種機器人航標定位導航系統。

背景技術：

長期以來，讓機器人具備自定位和自路徑規劃能力一直是科技研發的熱點，廣泛采用的方法是沿機器人的行駛路徑鋪設導軌、導線或粘貼(噴刷)引導標識，配合一定的行駛次序來指引機器人正常運行。而引導物的識別可能是磁場、紅外或電場的變化，也可能是反光的灰度或顏色變化，還可能是簡單的導軌、導桿或導線；采用引導標識這種方法的優勢在于機器人易于識別行駛路徑，容易實現機器人的定位和路徑規劃，而劣勢在于必須鋪設或張貼(噴刷)一定量的引導物，對于復雜環境、任務點多、環境頻繁變化或難以設置引導物的場所，運用該方法則存在一定難度。對于空曠場所，可以使用投射移動引導標記，由空中的投射器將一組移動引導標記向空曠場所內投射，用一個移動標記引導一臺機器人的行駛，常見的移動標記是紅外光斑，而無遮擋是應用的最大障礙。

如今，人們在機器人的定位與路徑規劃領域逐步引入了環境電子地圖，機器人可以用自身的視覺識別能力，按照周圍環境物的外觀特征查取電子地圖來確定機器人自身在環境中的具體方位，而該法要求先對環境進行測量、標記和景物特征提取，再按應用要求生成易于查取的電子地圖并存入機器人中，需要定位和路徑規劃時，機器人用自身的視覺、特征提取和匹配能力來確定自身方位，其中生成準確、實用的電子地圖和機器人的視覺識別能力是兩項影響該法廣泛應用的軟肋。另一項逐步在機器人定位與路徑規劃領域內應用的技術是導航定位，但受定位精度的影響目前仍處于實驗室研究狀態，所以有必要探索一條環境適應力強、易于機器人定位和路徑規劃的新途徑。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種機器人航標定位導航系統，用航標箭頭為機器人提供全局坐標，用自動追蹤成像得到機器人在環境電子地圖中的方位，經路徑規劃實現機器人在復雜環境中的自動導航。

本實用新型所采用的技術方案是，機器人航標定位導航系統，包括有航標、機器人以及方位測算器，在使用中航標設置于環境場所內的頂部中央，方位測算器水平固定設置于機器人的頂部，機器人能在環境場所內自由行駛。

本實用新型的特點還在于：

航標，包括有安裝基板，安裝基板正面中央設有發光箭頭，安裝基板的背面設置有供電器，安裝基板的背面與環境場所內的頂部中央連接，使安裝基板的正面面向下。

方位測算器包括有方位測算器殼體，方位測算器殼體的頂壁中央設置有聚焦透鏡；在方位測算器殼體內水平設置有固定齒輪，固定齒輪的中央與推桿的一端垂直連接，推桿的另一端從方位測算器殼體的底部中央伸出與設置于方位測算器殼體外的凸輪組成高副，且推桿還與方位測算器殼體的底部之間形成移動副；凸輪用軸與升降驅動步進電機連接，連接凸輪與升降驅動步進電機的軸支撐于支撐座上，支撐座固定于方位測算器殼體的底部；在方位測算器殼體內靠近固定齒輪的一側設置有驅動齒輪，且驅動齒輪與固定齒輪相嚙合，在固定齒輪和驅動齒輪的上方平行的設置有轉臂，固定齒輪通過轉軸與轉臂連接構成轉動副；轉臂上的一端設置有旋轉驅動步進電機，旋轉驅動步進電機通過驅動軸驅動齒輪連接，轉臂上的另一端設置有導桿支撐座a，轉臂上還設置有與導桿支撐座a相對的導桿支撐座b，在導桿支撐座a與導桿支撐座b之間呈左、右且平行連接有螺旋導桿組和光導桿組，光導桿組由兩根光導桿構成，螺旋導桿組由兩根螺旋導桿構成；兩根螺旋導桿通過驅動軸與移動驅動步進電機連接，移動驅動步進電機設置于轉臂上且靠近導桿支撐座b處；面成像模塊設置于兩根光導桿或兩根螺旋導桿上；面成像模塊設置于兩根光導桿上，則面成像模塊能與兩根光導桿組成移動副；面成像模塊設置于兩根螺旋導桿上，則面成像模塊能與兩根螺旋導桿組成螺旋副。

本實用新型的有益效果是，

(1)本實用新型機器人航標定位導航系統，為機器人在場所頂部設置航標(即方向箭頭)，航標既可以是印刷標簽，也可以是LED燈組成的箭頭圖案，該航標的功能相當于海上航行的燈塔，要求場所內的每臺機器人從各位置都能識別該航標，實現了用一個航標取代一系列引導物的意圖，能大幅減少傳統引導系統的安裝和維護，并極大簡化機器人引導系統的結構。

(2)本實用新型機器人航標定位導航系統，固定了成像鏡頭，讓行駛路面、成像面和鏡頭相互平行，相對成像鏡頭移動成像面，讓航標上的箭頭在成像面上的合適位置成像，用成像航標箭頭相對于鏡頭的坐標得出機器人在環境電子地圖中的方位，實現了機器人的自定位與路徑規劃，用成像航標箭頭與成像面坐標之間的夾角算出機器人相對于航標箭頭方向的轉角，該成像面平移航標成像技術和機器人動態定位算法既簡單準確又穩定實用，具有良好的應用前景。

(3)本實用新型機器人航標定位導航系統，在機器人頂部安裝航標箭頭自動追蹤成像系統-方位測算器，配合發光航標箭頭便能實現機器人的全天候運行，當機器人完成了在環境電子地圖上一點的定位，機器人完全可以按照路徑規劃盲行一段距離，當接近下一個定位點時，機器人才需要再次用自動追蹤成像系統進行自身定位，由于能夠按行駛速度、方向和時間預估機器人的大致方位，同再次定位的數據進行分析對比，便構成了機器人的動態方位閉環控制，與仍處于研究狀態的機器人導航相比，定位精度完全滿足應用要求，與現有的環境特征視覺識別技術相比，方位辨識與匹配難度將大幅降低。

附圖說明

圖1是本實用新型機器人航標定位導航系統的結構示意圖；

圖2是本實用新型機器人航標定位導航系統內航標的結構示意圖；

圖3是本實用新型機器人航標定位導航系統內方位測算器的結構示意圖；

圖4是本實用新型機器人航標定位導航系統內轉臂的裝配圖。

圖中，1.方位測算器，2.航標，3.機器人，4.環境場所，5.發光箭頭，6.安裝基板，7.供電器，8.轉臂，9.面成像模塊，10.固定齒輪，11.移動驅動步進電機，12.導桿支撐座a，13.螺旋導桿，14.光導桿，15.旋轉驅動步進電機，16.驅動齒輪，17.方位測算器殼體，18.聚焦透鏡，19.推桿，20.升降驅動步進電機，21.支撐座，22.凸輪，23.導桿支撐座b。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型進行詳細說明。

本實用新型機器人航標定位導航系統，其結構如圖1所示，包括有航標2、機器人3以及方位測算器1，在使用中，航標2設置于環境場所4內的頂部中央，方位測算器1水平固定設置于機器人3的頂部，機器人3能在環境場所4內自由行駛。正面

航標2，其結構如圖2所示，包括有安裝基板6，安裝基板6正面中央設有發光箭頭5，安裝基板6的背面設置有供電器7，安裝基板6的背面與環境場所4內的頂部中央連接，使安裝基板6的正面面向下。

方位測算器1，如圖3和圖4所示，包括有方位測算器殼體17，方位測算器殼體17的頂壁中央設置有聚焦透鏡18；在方位測算器殼體17內水平設置有固定齒輪10，固定齒輪10的中央與推桿19的一端垂直連接，該推桿19的另一端從方位測算器殼體17的底部中央伸出與設置于方位測算器殼體17外的凸輪22組成高副，且該推桿19還與方位測算器殼體17的底部之間形成移動副；凸輪22用軸與升降驅動步進電機20連接，連接凸輪22與升降驅動步進電機20的軸支撐于支撐座21上，支撐座21固定于方位測算器殼體17的底部；在方位測算器殼體17內靠近固定齒輪10的一側設置有驅動齒輪16，且驅動齒輪16與固定齒輪10相嚙合，在固定齒輪10和驅動齒輪16的上方平行的設置有轉臂8，固定齒輪10通過轉軸與轉臂8連接構成轉動副；轉臂8上的一端設置有旋轉驅動步進電機15，旋轉驅動步進電機15通過驅動軸驅動齒輪16連接，轉臂8上的另一端設置有導桿支撐座a12，轉臂8上還設置有與導桿支撐座a12相對的導桿支撐座b23，在導桿支撐座a12與導桿支撐座b23之間呈左、右且平行連接有螺旋導桿組和光導桿組，光導桿組由兩根光導桿14構成，螺旋導桿組由兩根螺旋導桿13構成；兩根螺旋導桿13通過驅動軸與移動驅動步進電機11連接，移動驅動步進電機11設置于轉臂8上且靠近導桿支撐座b23處；面成像模塊9設置于兩根光導桿14或兩根螺旋導桿13上；若面成像模塊9設置于兩根光導桿14上，面成像模塊9能與兩根光導桿14組成移動副；若面成像模塊9設置于兩根螺旋導桿13上，面成像模塊9能與兩根螺旋導桿13組成螺旋副。

本實用新型機器人航標定位導航系統的工作原理具體如下：

凸輪22與推桿19組合后可以控制面成像模塊9的升降調焦；轉臂8、驅動齒輪16和固定齒輪10組合可控制面成像模塊9的旋轉運動；轉臂8、光導桿14和螺旋導桿13組合可控制面成像模塊9的徑向移動；用航標2相對于聚焦透鏡18在面成像模塊9上產生的像，按相互間的幾何關系便能測算出機器人3在環境場所4中的具體方向和位置。

本實用新型機器人航標定位導航系統，用航標箭頭為機器人3提供全局坐標，用自動追蹤成像得到機器人在環境電子地圖中的方位，經路徑規劃實現機器人3在復雜環境中的自動導航。