專利名稱：測(cè)量距離的信標(biāo)、使用其的定位系統(tǒng)和測(cè)量距離的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的總體構(gòu)思涉及一種用于檢測(cè)移動(dòng)機(jī)器人(mobilerobot)的位置 的定位系統(tǒng)以及其定位方法，更具體地講，本發(fā)明的總體構(gòu)思涉及一種通過 接收包含在從信標(biāo)(beacon)發(fā)射出的光束中的相位信息和距離信息來檢測(cè) 位置的定位系統(tǒng)以及其定位方法。
背景技術(shù)：
機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域正逐漸擴(kuò)展到各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，并且各種類型的新機(jī)器 人正在涌現(xiàn)，例如，用于家務(wù)(household affairs)的家用機(jī)器人。在過去， 機(jī)器人可在受限制的空間中執(zhí)行特定功能，但是現(xiàn)在，它可以脫離固定的軌 跡自由地運(yùn)動(dòng)和獨(dú)立地工作。
傳統(tǒng)的機(jī)器人系統(tǒng)包括外部光發(fā)射單元，以使可自由運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人可以 檢測(cè)其自身的位置。光發(fā)射單元包括多個(gè)光發(fā)射器(叩tical transmitters),所 述多個(gè)光發(fā)射器用于從固定位置發(fā)射定向光，例如，紅外線、電磁波等。因 為光的方向性，所以從光發(fā)射器發(fā)射的定向光根據(jù)各個(gè)光發(fā)射器的固定位置 達(dá)到位于預(yù)定區(qū)域的^L器人。
而且，各個(gè)光發(fā)射器發(fā)射包含有特定特征信息(identity information)的 定向光以使一個(gè)光發(fā)射器的定向光與從其它光發(fā)射器發(fā)射出的其它定向光區(qū) 別。機(jī)器人包括多個(gè)光接收器和控制器。光接收器接收從光發(fā)射器發(fā)射的定 向光并且將關(guān)于接收到的定向光的強(qiáng)度的信息輸出到控制器。基于從光接收 器供給的關(guān)于定向光的強(qiáng)度的信息，控制器確定機(jī)器人相對(duì)于光發(fā)射器的相 對(duì)位置。
然而，由于測(cè)量光的強(qiáng)度時(shí)，當(dāng)傳統(tǒng)的機(jī)器人系統(tǒng)根據(jù)光發(fā)射器和光接 收器的規(guī)格而受到嚴(yán)重影響，所以機(jī)器人的相對(duì)位置不能基于光的強(qiáng)度而被 精確地檢測(cè)。而且，由于傳播到空間中的光的能量與距光發(fā)射器的距離的平 方成反比，所以基于光強(qiáng)度的位置測(cè)量受到光發(fā)射器和機(jī)器人之間距離的限制。
通過考慮在基于光強(qiáng)度來測(cè)量位置中出現(xiàn)的問題，韓國(guó)專利公開第
10-2005-0016786號(hào)7>開了 一種通過接收從信標(biāo)發(fā)射出來的包含相位信息的 光來檢測(cè)機(jī)器人的位置的機(jī)器人系統(tǒng)。如圖1所示，這個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)包括信 標(biāo)1和移動(dòng)機(jī)器人2。信標(biāo)1包括用于使發(fā)射器10旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器30和 編碼器40,該發(fā)射器IO用于發(fā)射定位光，編碼器40用于將通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器 30旋轉(zhuǎn)的發(fā)射器10的相位信息放到定位光中。
參照?qǐng)D2,旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器30包括用于使單鏡(single mirror) 33旋轉(zhuǎn)的電 機(jī)31。當(dāng)單鏡33由電機(jī)31旋轉(zhuǎn)時(shí)，從發(fā)射器IO的紅外線發(fā)射器ll發(fā)射出 的紅外線被單鏡33按照預(yù)定的相位角反射。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器30將由旋轉(zhuǎn)鏡子33 反射的紅外線的相位信息傳送到編碼器40，以使紅外線發(fā)射器11發(fā)射包含 有相位信息的紅外線。通過這樣執(zhí)行，在移動(dòng)機(jī)器人2中，位置測(cè)量單元50 可以基于從接收器20的紅外線接收器21接收的紅外線的相位信息來測(cè)量移 動(dòng)機(jī)器人2的位置。
然而，如果安裝了單個(gè)的信標(biāo)，則機(jī)器人控制系統(tǒng)在缺少至少三項(xiàng)接收 到的信息的情況下就不能檢測(cè)機(jī)器人的位置和方向。當(dāng)相互鄰近的幾個(gè)接收 器從鄰近位置接收到三項(xiàng)信息時(shí)，機(jī)器人的位置和方向的精確性較差。
因此，在三個(gè)接收器都必須相互鄰近的安裝地小型機(jī)器人中，很難精確 地測(cè)量才幾器人的位置和方向。
為了解決上述的問題，單個(gè)接收器被安裝在機(jī)器人中并且機(jī)器人運(yùn)動(dòng)， 以使得能夠通過獲得在不同的位置的三個(gè)不同的信息項(xiàng)來估計(jì)所述機(jī)器人的 位置。然而，在這種情況下，必須進(jìn)行另外的估計(jì)來獲得在不同位置之間的 機(jī)器人的精確的行進(jìn)距離。另外，存在一種使用兩個(gè)信標(biāo)來檢測(cè)機(jī)器人的位 置的方法。然而，在這種情況下，由于信標(biāo)的數(shù)量增加，所以成本增加了， 并且當(dāng)兩個(gè)信標(biāo)之間的距離較小時(shí)機(jī)器人的位置精確度變差了。
第10-2006-0068968號(hào)韓國(guó)專利公開中乂>布了另 一種才幾器人系統(tǒng)，該機(jī) 器人系統(tǒng)用于發(fā)射超聲波和光以測(cè)量機(jī)器人的位置。如圖3所示，這個(gè)機(jī)器 人系統(tǒng)包括信標(biāo)100和移動(dòng)才幾器人200。信標(biāo)100通過由4t轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器130旋 轉(zhuǎn)的光輸出單元120發(fā)射出包含相位信息的光，并且根據(jù)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器130的 旋轉(zhuǎn)，通過超聲波發(fā)射器110發(fā)射出超聲波。光輸出單元120包括用于發(fā)射 紅外線的光產(chǎn)生器121以及編碼器122,該編碼器122用于從相位調(diào)節(jié)器140 接收由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器130供給的相位信息并且將供給的相位信息編碼到從光產(chǎn)
生器121發(fā)射的紅外線中。
參照?qǐng)D4,旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器130的電機(jī)131使單鏡133旋轉(zhuǎn)，從光產(chǎn)生器121 發(fā)射出的紅外線由單鏡133按照預(yù)定角度反射。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器130將由旋轉(zhuǎn)鏡 子反射的紅外線的相位信息傳送到相位調(diào)節(jié)器140,然后相位調(diào)節(jié)器140將 其再傳送到編碼器122。
光接收器220和超聲波接收器210分別接收從信標(biāo)100發(fā)射出的紅外線 和超聲波，并且將其供給位置測(cè)量單元240。光方向檢測(cè)器230利用從信標(biāo) 100發(fā)射出的紅外線來檢測(cè)機(jī)器人的行進(jìn)方向，并將其供給給位置測(cè)量單元 240。位置測(cè)量單元240可利用由移動(dòng)機(jī)器人的光接收器222接收的相位信息， 通過超聲波接收器210接收到超聲波的時(shí)間，和由光方向檢測(cè)器230檢測(cè)到 的紅外線發(fā)射出的方向來估計(jì)機(jī)器人的位置。
然而，雖然包含有相位信息的紅外線能夠發(fā)射出較遠(yuǎn)距離，但是超聲波 不能發(fā)射長(zhǎng)距離，超聲波具有應(yīng)用范圍的限制。換句話說，雖然在較遠(yuǎn)距離 的移動(dòng)機(jī)器人可接收到從信標(biāo)發(fā)射出的紅外線，但是因?yàn)槌暡ǖ慕邮招阅?差，所以當(dāng)距離太遠(yuǎn)時(shí)機(jī)器人不能接收到超聲波。因此，由于很難檢測(cè)在大 范圍內(nèi)的移動(dòng)機(jī)器人的位置，所以移動(dòng)機(jī)器人的使用范圍受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的總體構(gòu)思提供了 一種信標(biāo)以及一種利用所述信標(biāo)的定位系統(tǒng)和 其定位方法，所述信標(biāo)用于通過基于由信標(biāo)發(fā)射的光與由信標(biāo)接收的反射光 之間的時(shí)間差來測(cè)量距離并將測(cè)量的距離信息放入到由信標(biāo)發(fā)射的光中，來 檢測(cè)行進(jìn)物體的位置。
本發(fā)明總體構(gòu)思提供了 一種信標(biāo)以及一種利用所述信標(biāo)的定位系統(tǒng)和其 定位方法，所述信標(biāo)用于測(cè)量距離來確定位置，以通過使用具有長(zhǎng)范圍并含 有相位信息和距離信息的紅外激光作為光源使行進(jìn)的物體可以在寬區(qū)域中被 使用。
本發(fā)明總體構(gòu)思提供了 一種信標(biāo)以及一種利用所述信標(biāo)的定位系統(tǒng)和其 定位方法，所述信標(biāo)基于發(fā)射光與被反射光之間的時(shí)間差來測(cè)量距離，以降 低構(gòu)造定位系統(tǒng)的成本，并容易被用于小型機(jī)器人中。
本發(fā)明總體構(gòu)思的其它方面和優(yōu)點(diǎn)部分將在以下描述中闡述，部分將從 描述中變得清楚，或者可以通過對(duì)本發(fā)明總體構(gòu)思的實(shí)踐而了解。
本發(fā)明總體構(gòu)思的上述和/或其它方面和用途可以通過提供一種定位系
統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，所述定位系統(tǒng)包括信標(biāo)；運(yùn)動(dòng)體，與所述信標(biāo)通信，其中，所 述信標(biāo)基于由所述信標(biāo)發(fā)射的光的發(fā)射時(shí)間與由運(yùn)動(dòng)體朝著信標(biāo)反射的光的 檢測(cè)時(shí)間之間的時(shí)間差來測(cè)量運(yùn)動(dòng)體與信標(biāo)之間的距離，所述信標(biāo)發(fā)射光用 于檢測(cè)所迷運(yùn)動(dòng)體的位置，所迷運(yùn)動(dòng)體接收來自所述信標(biāo)的發(fā)射光的相位信 息和距離信息，以檢測(cè)所述運(yùn)動(dòng)體相對(duì)于所述信標(biāo)的相對(duì)位置。
所述信標(biāo)可包括光產(chǎn)生器，用于發(fā)射具有方向性的光；檢測(cè)器，用于 檢測(cè)反射光；距離測(cè)量單元，用于基于發(fā)射光的發(fā)射光信號(hào)的時(shí)間與反射光 的反射光信號(hào)的時(shí)間之間的差和光的速度來估計(jì)距離。
所述距離測(cè)量單元可包括用于將反射光的反射光信號(hào)放大的放大器。
線作為發(fā)射光的紅外激光二極
所述運(yùn)動(dòng)體可以是相對(duì)于信標(biāo)自由行進(jìn)的移動(dòng)機(jī)器人。 所述運(yùn)動(dòng)體可包括相對(duì)于信標(biāo)運(yùn)動(dòng)的可運(yùn)動(dòng)的車。 所述運(yùn)動(dòng)體還可包括用于顯示可運(yùn)動(dòng)的車的位置的顯示器。 所述運(yùn)動(dòng)體可包括安裝在運(yùn)動(dòng)體表面上用于將從信標(biāo)發(fā)射的光作為反射
光反射回去的光反射器。
所述光反射器可包括用于將入射光回射到信標(biāo)作為反射光的反光鏡。 所述信標(biāo)可包括編碼器，所述編碼器用于對(duì)測(cè)量的距離信息和與光的發(fā)
射方向?qū)?yīng)的相位信息進(jìn)行編碼，并且將其發(fā)射到運(yùn)動(dòng)體；運(yùn)動(dòng)體可包括位
置測(cè)量單元，所述位置測(cè)量單元基于包含在光中的距離信息和相位信息來測(cè)
量運(yùn)動(dòng)體的相對(duì)位置。
所述編碼器可以編碼以包含與光的當(dāng)前發(fā)射方向?qū)?yīng)的相位信息和由先
前被發(fā)射的反射光測(cè)量的距離信息。
所述編碼器可產(chǎn)生被編碼有相位信息、距離信息和信標(biāo)的唯一特征信息
的單個(gè)包。
本發(fā)明總體構(gòu)思的上述和/或其它方面和用途可以通過提供一種具有用 于檢測(cè)將被測(cè)量的物體的位置并用于測(cè)量物體的距離的光的信標(biāo)來實(shí)現(xiàn)，所 述信標(biāo)包括光產(chǎn)生器，用于朝著物體發(fā)射具有方向性的光；反射光檢測(cè)器， 用于檢測(cè)從所述光產(chǎn)生器發(fā)射并且由物體反射的光；距離測(cè)量單元，用于基 于光的發(fā)射時(shí)間與反射光的檢測(cè)時(shí)間之間的差來測(cè)量信標(biāo)與物體之間的距
離。
所述信標(biāo)可包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器用于使光產(chǎn)生器和反射光 檢測(cè)器同步并旋轉(zhuǎn)。
所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器可包括一體地連接到光產(chǎn)生器上和反射光檢測(cè)器的電機(jī) 和旋轉(zhuǎn)軸，用于產(chǎn)生使光產(chǎn)生器和反射光檢測(cè)器旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)力。
所述信標(biāo)可包括相位調(diào)節(jié)器，用于對(duì)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以調(diào) 節(jié)光的發(fā)射方向，并且輸出與光的發(fā)射方向相對(duì)應(yīng)的相位信息；編碼器，用 于對(duì)相位調(diào)節(jié)器的相位信息和由距離測(cè)量單元測(cè)量的距離信息進(jìn)行編碼，將 編碼的信息放入由光產(chǎn)生器發(fā)射的光中。
所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器可包括至少一個(gè)單鏡，用于轉(zhuǎn)換來自光產(chǎn)生器的發(fā)射 光的傳播方向和由物體回射的光的傳播方向；電機(jī)，使所述單鏡旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn) 軸，用于將所述單鏡連接到電機(jī)。
所述光產(chǎn)生器和反射光檢測(cè)器可被布置在所述單鏡的側(cè)部。
當(dāng)所述電機(jī)的側(cè)部單獨(dú)設(shè)置有所述至少一個(gè)單鏡時(shí)，光產(chǎn)生器在所述電 機(jī)的第一側(cè)朝著所述單鏡中的一個(gè)發(fā)射光，反射光檢測(cè)器在所述電機(jī)的第二 側(cè)接收由所述單鏡反射的反射光，光產(chǎn)生器和反射光檢測(cè)器沿著縱向布置。
本發(fā)明總體構(gòu)思的上述和/或其它方面和用途可以通過提供一種檢測(cè)運(yùn) 動(dòng)體位置的定位系統(tǒng)的定位方法來實(shí)現(xiàn)，在定位系統(tǒng)中，運(yùn)動(dòng)體在距信標(biāo)一 定距離的工作區(qū)域中運(yùn)動(dòng)，所述信標(biāo)位于固定位置，所述定位方法包括從 信標(biāo)發(fā)射具有方向性的光；通過接收由運(yùn)動(dòng)體反射的光的信標(biāo)來測(cè)量信標(biāo)和 運(yùn)動(dòng)體之間的距離；將測(cè)量的距離信息和與光的發(fā)射方向?qū)?yīng)的相位信息編
碼到所述光中；通過接收被編碼的光的運(yùn)動(dòng)體，基于包含在從信標(biāo)發(fā)射的被 編碼的光中的相位信息和距離信息來檢測(cè)運(yùn)動(dòng)體的位置。
對(duì)所述信息進(jìn)行編碼可包括對(duì)信標(biāo)的唯一特征信息進(jìn)行編碼，對(duì)相位信 息、距離信息和唯一的特征信息以單個(gè)包的形式進(jìn)行編碼。
所述距離信息可包括通過^^測(cè)先前發(fā)射的光而測(cè)量得到的信息，所述相 位信息可包括當(dāng)前發(fā)射的光的相位信息。
所述運(yùn)動(dòng)體可包括移動(dòng)機(jī)器人，所述移動(dòng)機(jī)器人可檢測(cè)其自身的位置并 相對(duì)于信標(biāo)自由行進(jìn)。
所述運(yùn)動(dòng)體可包括可運(yùn)動(dòng)的車，所述可運(yùn)動(dòng)的車具有用于顯示可運(yùn)動(dòng)的 車的位置的顯示器。
本發(fā)明總體構(gòu)思的上述和/或其它方面和用途可以通過提供一種含有計(jì) 算機(jī)可讀符號(hào)的計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)，所述計(jì)算機(jī)可讀符號(hào)用于執(zhí)行
檢測(cè)物體的位置的方法，所述方法包括從信標(biāo)發(fā)射具有方向性的光；通過 接收由物體反射的光的信標(biāo)來測(cè)量信標(biāo)和物體之間的距離；將測(cè)量的距離信 息和與光的發(fā)射方向?qū)?yīng)的相位信息編碼到所述光中；基于包含在從信標(biāo)朝 著物體發(fā)射的光中的相位信息和距離信息來檢測(cè)物體的位置。
本發(fā)明總體構(gòu)思的上述和/或其它方面和用途可以通過提供一種與物體 通信以確定物體位置的信標(biāo)來實(shí)現(xiàn)，所述信標(biāo)包括光產(chǎn)生器，用于朝著物 體發(fā)射第一光和第二光；反射光檢測(cè)器，用于檢測(cè)來自所述物體的第一光的 反射光；距離測(cè)量單元，用于根據(jù)所述第一光發(fā)射的第一時(shí)間與被檢測(cè)的反 射光的第二時(shí)間之間的時(shí)間差來測(cè)量物體與信標(biāo)之間的距離；編碼器，用于 將在包中的關(guān)于測(cè)量距離的信息編碼到將被發(fā)射到物體的第二光中。
本發(fā)明總體構(gòu)思的上述和/或其它方面和用途可以通過提供一種與信標(biāo) 通信的移動(dòng)機(jī)器人來實(shí)現(xiàn)，所述移動(dòng)機(jī)器人包括光反射器，用于反射信標(biāo) 的第一光；光接收器，用于接收信標(biāo)的第二光；位置測(cè)量單元，用于根據(jù)包 含在信標(biāo)的第二光中的信息來測(cè)量光接收器的位置。
本發(fā)明總體構(gòu)思的上述和/或其它方面和用途可以通過提供 一 種定位系 統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，所述定位系統(tǒng)包括信標(biāo)，與移動(dòng)機(jī)器人通信以確定移動(dòng)機(jī)器人 的位置；移動(dòng)機(jī)器人，與信標(biāo)通信。所述信標(biāo)包括光產(chǎn)生器，用于朝著移 動(dòng)機(jī)器人發(fā)射第一光和第二光；反射光檢測(cè)器，用于檢測(cè)來自所述移動(dòng)機(jī)器 人的第一光的反射光；距離測(cè)量單元，用于根據(jù)所述第一光發(fā)射的第一時(shí)間 與被檢測(cè)的反射光的第二時(shí)間之間的時(shí)間差來測(cè)量移動(dòng)機(jī)器人與信標(biāo)之間的 距離；編碼器，用于將在包中的關(guān)于測(cè)量距離的信息編碼到將被發(fā)射到移動(dòng) 機(jī)器人的第二光中。所述移動(dòng)機(jī)器人包括光反射器，用于反射信標(biāo)的第一 光；光接收器，用于接收信標(biāo)的第二光；位置測(cè)量單元，用于根據(jù)包含在信 標(biāo)的第二光中的信息來測(cè)量光接收器的位置。


通過下面參照附圖對(duì)實(shí)施例進(jìn)行的描述，本發(fā)明總體構(gòu)思的這些和/其它 方面和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得清楚和更加容易理解，其中
圖1是示出用于通過發(fā)射包含相位信息的光來檢測(cè)位置的傳統(tǒng)的機(jī)器人
系統(tǒng)的方框圖2是示出在圖1的傳統(tǒng)機(jī)器人系統(tǒng)中使用旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器來發(fā)射預(yù)定角度 的光的操作的視圖3是示出用于通過發(fā)射包含紅外線的相位信息的光來檢測(cè)位置的傳統(tǒng) 機(jī)器人系統(tǒng)的方框圖4是示出在圖3的傳統(tǒng)機(jī)器人系統(tǒng)中利用旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器來發(fā)射預(yù)定角度 的光和超生波的操作的視圖5是示出根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的實(shí)施例通過發(fā)射包含相位信息和距離 信息的光來檢測(cè)位置的機(jī)器人系統(tǒng)的方框圖6是示出在圖5的機(jī)器人系統(tǒng)中利用旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器來發(fā)射光束的同時(shí)， 對(duì)反射光束進(jìn)行^r測(cè)的視圖7是示出在圖5和圖6的機(jī)器人中光束從位于預(yù)定高度的光產(chǎn)生器發(fā) 射到移動(dòng)機(jī)器人的視圖，其中，光接收器和光反射器被附著到移動(dòng)機(jī)器人上；
圖8是示意性地示出在圖5和圖6的機(jī)器人系統(tǒng)中用于使入射光回射的 光反射器的視圖9是示出當(dāng)在圖5和圖6的機(jī)器人系統(tǒng)中從光產(chǎn)生器發(fā)射的紅外激光 射線到達(dá)預(yù)定距離時(shí)出現(xiàn)的光束發(fā)散性的視圖10是示出根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的實(shí)施例利用被發(fā)射的光信號(hào)和被反 射的光信號(hào)之間的時(shí)間差將距離信息輸出到圖5的才幾器人系統(tǒng)中的編碼器的 距離測(cè)量單元的視圖，被發(fā)射的光信號(hào)從光產(chǎn)生器被接收，被反射的光信號(hào) 從反射光檢測(cè)器被接收；
圖ll是示出在圖10的距離測(cè)量單元中的比較器中被發(fā)射的光信號(hào)和被 反射的光信號(hào)之間的時(shí)間差的視圖12是示出通過圖5的機(jī)器人系統(tǒng)中的定位裝置執(zhí)行的行進(jìn)方向和位置 的估計(jì)的^L圖13是示出根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的實(shí)施例檢測(cè)機(jī)器人的位置和行進(jìn)方 向的方法的流程圖14是示出根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的實(shí)施例在發(fā)射光束的同時(shí)在機(jī)器人 系統(tǒng)中利用單鏡來檢測(cè)反射光束的視圖15是示出根據(jù)本發(fā)曰7 系統(tǒng)中利用兩個(gè)鏡子來檢測(cè)反射光束的視圖16是示出根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的實(shí)施例的機(jī)器人的定位系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，將詳細(xì)描述本發(fā)明總體構(gòu)思的實(shí)施例，其示例在附圖中示出，其 中，相同的標(biāo)號(hào)將始終指示相同的元件。以下將參照附圖來描述實(shí)施例以解 釋本發(fā)明的總體構(gòu)思。
如圖5和圖6所示，根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思實(shí)施例的機(jī)器人系統(tǒng)包括單 個(gè)信標(biāo)300，用于發(fā)射光束TL;移動(dòng)機(jī)器人400，用于接收光束TL以與信標(biāo)通信。
移動(dòng)機(jī)器人400利用從信標(biāo)300發(fā)射的光束TL來^r測(cè)相對(duì)于信標(biāo)300 的相對(duì)位置，并且在工作區(qū)域自由地運(yùn)動(dòng)。
基于信標(biāo)300檢測(cè)到的當(dāng)光束TL被發(fā)射時(shí)的時(shí)間和當(dāng)光束RL由移動(dòng)機(jī) 器人400被反射時(shí)的時(shí)間之間的時(shí)間差，信標(biāo)300發(fā)射光束TL并且測(cè)量信 標(biāo)300和移動(dòng)機(jī)器人400之間的距離。
信標(biāo)300包括用于輸出具有方向性的光束TL的光產(chǎn)生器310。為了調(diào)節(jié) 從光產(chǎn)生器310輸出的光束TL的發(fā)射方向，相位調(diào)節(jié)器340將驅(qū)動(dòng)信號(hào)應(yīng) 用到旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器330。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器330響應(yīng)相位調(diào)節(jié)器340的驅(qū)動(dòng)信號(hào)使光 產(chǎn)生器310旋轉(zhuǎn)。
如圖6所示，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器330包括將電機(jī)331連接到光產(chǎn)生器310上的 旋轉(zhuǎn)軸332。旋轉(zhuǎn)軸332被連接到光產(chǎn)生器310以將電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力傳遞到光 產(chǎn)生器310。電機(jī)331使旋轉(zhuǎn)軸332旋轉(zhuǎn)，從而光產(chǎn)生器310以預(yù)定的角速 度旋轉(zhuǎn)。這里，電機(jī)331在360度內(nèi)旋轉(zhuǎn)或者在預(yù)定角度內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以調(diào) 節(jié)從光產(chǎn)生器310發(fā)射的光束TL的發(fā)射方向。
移動(dòng)機(jī)器人400包括光接收器410和光反射器420,該光接收器410用 于接收從光產(chǎn)生器310發(fā)射的光束TL,光反射器420用于將發(fā)射光束作為光 束RL反射回信標(biāo)300,以使信標(biāo)300測(cè)量信標(biāo)300與移動(dòng)機(jī)器人400之間的 距離。光反射器420可用將入射光束作為反射光束RL反射回信標(biāo)300的反 光鏡(retroreflector )。
信標(biāo)300包括用于纟企測(cè)由光反射器420回射的反射光束RL的反射光枱二 測(cè)器320。反射光檢測(cè)器320可包括至少一個(gè)透鏡(未顯示)，用于僅收集反
射光束RL并且將反射光檢測(cè)信號(hào)輸出到距離測(cè)量單元325,反射光檢測(cè)信號(hào) 由于檢測(cè)的反射光束RL產(chǎn)生。
旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器330包括將電機(jī)331連接到反射光檢測(cè)器320上的旋轉(zhuǎn)軸 333。旋轉(zhuǎn)軸333被連接到反射光檢測(cè)器320以將電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力傳遞到反射光 檢測(cè)器320。電機(jī)331使旋轉(zhuǎn)軸333旋轉(zhuǎn)，從而反射光檢測(cè)器320以預(yù)定的 角速度旋轉(zhuǎn)。如圖5和圖6所示，連接到光產(chǎn)生器310上的旋轉(zhuǎn)軸332和連 接到反射光檢測(cè)器320上的旋轉(zhuǎn)軸333 —起同步旋轉(zhuǎn)，從而發(fā)射光束TL的 光產(chǎn)生器310與檢測(cè)一起運(yùn)動(dòng)的反射光束RL的反射光檢測(cè)器320同相位。 如圖6所示，從光產(chǎn)生器310發(fā)射的光束TL由移動(dòng)機(jī)器人400的光反射器 420反射，然后反射光束RL進(jìn)入反射光4企測(cè)器320。
光產(chǎn)生器310是產(chǎn)生具有方向性的光束的光源，所述光束可以到達(dá)遠(yuǎn)距 離的移動(dòng)機(jī)器人，并且光產(chǎn)生器310可以包括紅外激光二極管以發(fā)射具有 850nm波長(zhǎng)的紅外激光射線，將其作為光束TL。
相位調(diào)節(jié)器340通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器330調(diào)節(jié)紅外激光射線TL的發(fā)射方向， 以使從光產(chǎn)生器310發(fā)射出的紅外激光射線TL沿著與相位信息O相應(yīng)的方 向發(fā)射。而且，相位調(diào)節(jié)器340將關(guān)于紅外激光射線TL的發(fā)射方向的相位 信息0傳送到編碼器350。
由于從光產(chǎn)生器310發(fā)射出的紅外激光射線TL具有方向性，所以光產(chǎn) 生器310可以與地平行的安裝。如圖7所示，光產(chǎn)生器310可以位于預(yù)定的 高度H,并且發(fā)射紅外激光射線TL,所述高度H與光接收器410在移動(dòng)機(jī)器 人400上安裝的位置對(duì)應(yīng)。
通常，由于移動(dòng)機(jī)器人400在工作區(qū)自由行進(jìn)的同時(shí)執(zhí)行給定的工作， 所以為了使行進(jìn)中的移動(dòng)機(jī)器人400接收從光產(chǎn)生器310發(fā)射的紅外激光射 線TL,在移動(dòng)機(jī)器人400的外部可分布多個(gè)光接收器410來增加紅外激光射 線TL的接收效率。在多個(gè)光接收器410安裝的位置，可通過利用由多個(gè)光 接收器410中的至少一個(gè)接收的紅外激光射線TL來確定移動(dòng)機(jī)器人400的 位置。
而且，為了增加反射光檢測(cè)器320的接收效率，在光接收器410上側(cè)和 下側(cè)的多個(gè)位置上可以布置光反射器420，光反射器420用于反射從光產(chǎn)生 器310發(fā)射的紅外激光射線TL使其成為反射光束RL，在這種情況下，即反 射紅外激光射線RL。
光反射器420的每一個(gè)可從將光束反射到發(fā)光器中的各種結(jié)構(gòu)中選擇。
例如，如圖8所示，光反射器420可以構(gòu)造成多個(gè)球形體421，所述多個(gè)球
這-
其入射表面進(jìn)入的紅外激光射線RL回射(retroflect)到信標(biāo)300的結(jié)構(gòu)422。
如圖9所示，例如，當(dāng)從光產(chǎn)生器310發(fā)射的紅外激光射線TL到達(dá)預(yù) 定距離d^時(shí)發(fā)散，從而如果距離ddiv是100m,則紅外激光射線TL分散并 且其直徑r可以是lm。由于紅外激光射線TL在遠(yuǎn)一點(diǎn)的距離可以分散得更 大，定位效率也更差，所以移動(dòng)機(jī)器人的工作區(qū)域可以通過考慮紅外激光射 線TL的特性來確定。因此，雖然發(fā)射到適當(dāng)確定的工作區(qū)域的紅外激光射 線TL在預(yù)定的距離ddiv處發(fā)散,但是發(fā)射的激光射線TL由鄰近光接收器410 的光反射器420回射，并且進(jìn)入反射光檢測(cè)器320,從而紅外激光射線TL可 以被用于測(cè)量信標(biāo)300與運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)機(jī)器人400之間的距離。
參照?qǐng)D5,基于與來自光產(chǎn)生器310的發(fā)射紅外激光射線TL對(duì)應(yīng)的信號(hào) 以及與來自反射光檢測(cè)器320的反射紅外激光射線RL對(duì)應(yīng)的信號(hào)，距離測(cè) 量單元325測(cè)量信標(biāo)300與移動(dòng)機(jī)器人400之間的距離，并且將測(cè)量的距離 信息d傳送到編碼器350。
如圖IO所示，距離測(cè)量單元325可以包括力文大器326和比較器327，該 放大器326可將從反射光檢測(cè)器320接收的反射光信號(hào)RL按照預(yù)定的放大 率放大，該比較器327用于將由放大器326放大的被放大的反射光信號(hào)RL 與由光產(chǎn)生器310供給的發(fā)射光信號(hào)TL進(jìn)行比較。在進(jìn)入反射光檢測(cè)器320 的反射紅外激光射線RL較弱并且不足以來執(zhí)行用于比較信號(hào)處理的情況下， 放大器326將反射光信號(hào)RL放大以具有預(yù)定的等級(jí)。
距離測(cè)量單元325可利用飛行時(shí)間測(cè)量法(Time-of-Flight Measurement) 測(cè)量信標(biāo)300與移動(dòng)機(jī)器人400之間的距離。參照?qǐng)D11,比較器327檢測(cè)與 時(shí)間差tl對(duì)應(yīng)的距離d并且將其距離信息發(fā)送到編碼器350,該時(shí)間差tl是 發(fā)射紅外激光射線TL的發(fā)射光信號(hào)TLs的時(shí)間與反射紅外激光射線RL的反 射光信號(hào)RL的時(shí)間之間的差。這里，可以利用光的速度c與發(fā)射紅外激光 射線TL的發(fā)射時(shí)間與反射紅外激光射線RL的檢測(cè)時(shí)間之間的差來估計(jì)距離 d=c*tl。
除了飛行時(shí)間測(cè)量之外，還可以使用變位移相測(cè)量和調(diào)頻連續(xù)波 (FMCW)測(cè)量來作為測(cè)量根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的信標(biāo)300與移動(dòng)機(jī)器人400之間的距離的其它方法。
編碼器350還可以對(duì)從距離測(cè)量單元325接收的輔助信息進(jìn)行編碼，例 如，對(duì)從相位調(diào)節(jié)器340接收到的相位信息、距離信息和信標(biāo)300的唯一的 特征信息ID進(jìn)行編碼，并且將所述信息編碼成從光產(chǎn)生器310輸出的紅外激 光射線TL。通過4要4建法(keying method )，例如相移4建控法(phase shift keying ) 或者頻移鍵控法(frequency shift keying),對(duì)輔助信息的編碼可以在編碼器中執(zhí) 行。
而且，在從光產(chǎn)生器310發(fā)射紅外激光射線TL的情況下，可以根據(jù)一 種無線通信協(xié)議(例如，IrDA (紅外線數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)))執(zhí)行紅外線通信。在 這種情況下，輔助信息(即，相位信息、距離信息和唯一的特征信息ID)被 附到包頭上以形成包，并且該包可以通過紅外激光射線TL來發(fā)射。
移動(dòng)機(jī)器人400包括光方向檢測(cè)器430和位置測(cè)量單元440,該光方向 檢測(cè)器430用于^r測(cè)發(fā)射光的進(jìn)入方向，該位置測(cè)量單元440用于檢測(cè)移動(dòng) 機(jī)器人400的相對(duì)位置。
光方向檢測(cè)器430可以包括用于聚集光的透鏡(未顯示)以及用于檢測(cè) 通過所述透鏡被聚集的光的位置的位置二極管(未顯示)，并且光方向檢測(cè)器 430將關(guān)于聚集位置的信息供給到位置測(cè)量單元440。實(shí)現(xiàn)光方向檢測(cè)器430 的構(gòu)造已經(jīng)作為傳統(tǒng)技術(shù)中的一種進(jìn)行了描述，并且在第10-2006-0068968 號(hào)韓國(guó)專利公開中進(jìn)行了公布。
參照?qǐng)D12,位置測(cè)量單元440可以基于在通過光接收器410接收到的紅 外激光射線TL中包含的相位信息O和距離信息d來檢測(cè)移動(dòng)機(jī)器人的位置 (x, y)。這里，(x， y) = (dcosO, dsinO)其中,O是相位信息。
位置測(cè)量單元440可以從關(guān)于聚集位置的信息來估計(jì)紅外激光的入射角 度cl)以及從入射角cj;來估計(jì)機(jī)器人的行進(jìn)方向6=0-cJj ，所述關(guān)于聚集位置 的信息從光方向檢測(cè)器430接收到。
以下將描述根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的實(shí)施例的操作方法，該操作方法為， 信標(biāo)300將紅外激光射線TL發(fā)射到移動(dòng)機(jī)器人400，通過紅外激光射線TL 的發(fā)射與被反射的紅外激光射線RL的接收之間的時(shí)間差來測(cè)量距離，利用 包含在被發(fā)射的紅外激光射線TL中的輔助信息來檢測(cè)移動(dòng)機(jī)器人400的行
進(jìn)方向e和位置。
首先，在通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器330使光產(chǎn)生器310和反射光檢測(cè)器320旋轉(zhuǎn)
一次的期間，在光產(chǎn)生器310發(fā)射n次紅外激光射線TL的情況下，將描述 根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的實(shí)施例的操作方法。
圖13是示出根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的實(shí)施例在機(jī)器人系統(tǒng)中檢測(cè)位置和 行進(jìn)方向的方法的流程圖。參照?qǐng)D5和圖6，為了響應(yīng)于相位調(diào)節(jié)器340的 驅(qū)動(dòng)信號(hào)，調(diào)節(jié)紅外激光射線TL的發(fā)射方向，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器330使光產(chǎn)生器 310旋轉(zhuǎn)(500)
光產(chǎn)生器310發(fā)射包含有通過編碼器350編碼的信息的紅外激光射線TL (510)。
被發(fā)射的紅外激光射線TL被發(fā)送到移動(dòng)機(jī)器人400，由移動(dòng)機(jī)器人400 的光反射器420將其作為被反射的紅外激光射線RL回射，然后進(jìn)入發(fā)射方， 即信標(biāo)300的反射光4企測(cè)器320 ( 520 )。
反射光檢測(cè)器320檢測(cè)反射紅外激光射線RL，并且將反射光檢測(cè)信號(hào) RLs發(fā)送到距離測(cè)量單元325。距離測(cè)量單元325將通過飛行時(shí)間測(cè)量法測(cè)量 到的距離信息發(fā)送到編碼器350,飛行時(shí)間測(cè)量法利用反射光信號(hào)RLs的檢 測(cè)時(shí)間與從光產(chǎn)生器接收的發(fā)射光的發(fā)射時(shí)間之間的差來測(cè)量距離(530)。
相位調(diào)節(jié)器340將與將被發(fā)送的紅外激光射線TL的發(fā)射方向?qū)?yīng)的相 位信息傳送到編碼器350。編碼器350對(duì)當(dāng)前(第n次)的相位信息、從距 離測(cè)量單元325接收的前一次(第n-l次)的距離信息以及信標(biāo)的唯一的特 征信息ID進(jìn)行編碼(540 ),光產(chǎn)生器310將被編碼的輔助信息放入到第二紅 外激光射線TL,并且將該第二紅外激光射線TL作為紅外激光射線TL發(fā)射 到移動(dòng)機(jī)器人(550 )。
光接收器410接收第二發(fā)射紅外激光射線TL,并且將其發(fā)送到位置測(cè)量 單元440,光方向檢測(cè)器430將關(guān)于紅外激光射線TL的聚集位置的信息發(fā)送 到位置測(cè)量單元440。位置測(cè)量單元440基于包含在第二紅外激光射線TL中 的相位信息和距離信息來估計(jì)移動(dòng)機(jī)器人的位置(560 ),并且基于紅外激光 的入射角4j和相位信息0)來估計(jì)移動(dòng)機(jī)器人400的行進(jìn)方向(570 )。此后， 重復(fù)操作500至570以繼續(xù)檢測(cè)移動(dòng)機(jī)器人400的行進(jìn)方向和位置的操作。
根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的上述實(shí)施例，可以通過一體地形成具有電機(jī)的旋 轉(zhuǎn)軸、光產(chǎn)生器和反射光檢測(cè)器來構(gòu)成旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，旋轉(zhuǎn)軸傳遞電機(jī)的驅(qū)動(dòng) 力，但是本發(fā)明的總體構(gòu)思不限于此。由于光產(chǎn)生器和反射光檢測(cè)器可以與 電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸一體地形成，所以為了平穩(wěn)地旋轉(zhuǎn)，需要高功率電機(jī)，這樣增
加了所需電機(jī)的尺寸。而且，在預(yù)定方向旋轉(zhuǎn)的情況下，由于將光產(chǎn)生器連 接到反射光檢測(cè)器的電線會(huì)纏結(jié)，所以需要對(duì)旋轉(zhuǎn)范圍進(jìn)行限制。同樣地， 雖然旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器可以在限制范圍內(nèi)往復(fù)旋轉(zhuǎn)，但是必須精確地控制電機(jī)的加 速和減速，以使旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器往復(fù)旋轉(zhuǎn)來改變光束的發(fā)射方向。
考慮到上述因素，以下將參照?qǐng)D14和圖15來描述根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思
的下述實(shí)施例。由于利用發(fā)射光束和反射光束來檢測(cè)移動(dòng)機(jī)器人的位置和行 進(jìn)方向的方法是相同的，所以將省略對(duì)其的詳細(xì)描述。
首先，如圖14所示，可以采用利用單鏡的發(fā)射光束和檢測(cè)反射光束的方 法，其中，保證了較大寬度的安裝空間。
參照?qǐng)D5和圖14，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器330包括用于將電機(jī)334連接到單鏡360 上的旋轉(zhuǎn)軸335。在單鏡360之上，布置發(fā)射具有方向性的紅外激光射線TL 的光產(chǎn)生器311以及用于檢測(cè)由移動(dòng)機(jī)器人400的光反射器420回射的反射 紅外激光射線RL的反射光檢測(cè)器321。
單鏡360改變按照預(yù)定入射角發(fā)射的紅外激光射線TL的傳播方向，使 其使朝著移動(dòng)機(jī)器人400的光反射器420，并且該移動(dòng)機(jī)器人回射并返回的 反射紅外激光射線RL的傳播方向，使其朝著反射光檢測(cè)器321。
這樣，當(dāng)利用單鏡360時(shí)，為了使發(fā)射紅外激光射線TL的傳播方向與 反射紅外激光射線RL的傳播方向相互平行，光產(chǎn)生器310和反射光檢測(cè)器 321可以在單鏡360的側(cè)部設(shè)置成平行。
如果由于安裝環(huán)境的限制很難將光產(chǎn)生器和反射光檢測(cè)器設(shè)置成平行， 則可以采用根據(jù)本發(fā)明的總體構(gòu)思的利用兩個(gè)單鏡的發(fā)射光束并檢測(cè)反射光 束的方法，如圖15所示。
參照?qǐng)D5和圖15，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器330包括用于分別將電機(jī)336連接到兩個(gè) 單鏡361和362上的旋轉(zhuǎn)軸337和338，兩個(gè)單鏡361和362分別設(shè)置在電 機(jī)336的上側(cè)和下側(cè)。在上面的單鏡361之上，設(shè)置有用于發(fā)射具有方向性 的紅外激光射線TL的光產(chǎn)生器312，在下面的單鏡362之下，設(shè)置有用于檢 測(cè)由移動(dòng)機(jī)器人400的光反射器420回射的反射紅外激光射線RL的反射光 檢測(cè)器322。通過這樣設(shè)置，光產(chǎn)生器312、上面的單鏡361、反射光檢測(cè)器 322和下面的單鏡362與電機(jī)336的旋轉(zhuǎn)軸337和338在電機(jī)336的側(cè)部對(duì) 齊，從而旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器330可以應(yīng)用在確保豎直的延伸范圍的安裝環(huán)境中。
在以上的實(shí)施例中，已經(jīng)考慮到用移動(dòng)機(jī)器人來描述了本發(fā)明的總體構(gòu)
思，該移動(dòng)機(jī)器人接收包含在從信標(biāo)發(fā)射的紅外激光射線TL中的相位信息0> 和距離信息d，以檢測(cè)機(jī)器人的位置并利用檢測(cè)到的位置來執(zhí)行給定的任務(wù)。 然而，根據(jù)本發(fā)明的總體構(gòu)思的定位系統(tǒng)不限于自由運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)機(jī)器人。例 如，如圖16所示，用于確定位置的定位單元400a可以安裝在可以運(yùn)動(dòng)的車 401a上，從而定位單元400a接收從信標(biāo)300a發(fā)射的光束，以通過分析包含 在接收到的光束中的位置信息和距離信息來檢測(cè)車的位置并且在信息顯示器 402a上顯示檢測(cè)到的位置信息。這里，可以通過采用本發(fā)明總體構(gòu)思的上述 實(shí)施例的構(gòu)造來執(zhí)行用于將相位信息和距離信息編碼到光束中并發(fā)射光束的 信標(biāo)300a的整個(gè)操作。通過這樣做，可運(yùn)動(dòng)的車401a的用戶可以容易地檢 查在信息顯示器402a上顯示的可運(yùn)動(dòng)的車的位置，具體地講，可以有效地執(zhí) 行在大型倉(cāng)庫(kù)中執(zhí)行的物體的運(yùn)輸。
本發(fā)明總體構(gòu)思的上述方法可以體現(xiàn)在計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)中。
之間的差測(cè)量的距離信息來被精確地檢測(cè)運(yùn)動(dòng)物體，例如，移動(dòng)機(jī)器人、移 動(dòng)車等的位置。
由于本發(fā)明的總體構(gòu)思可以使用具有長(zhǎng)范圍的紅外激光作為位置確定光 源來檢測(cè)位置，所以根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的定位系統(tǒng)可以應(yīng)用到更廣的工作 區(qū)域。
由于使用單個(gè)信標(biāo)來檢測(cè)位置，所以本發(fā)明的總體構(gòu)思節(jié)約構(gòu)造系統(tǒng)的 成本并且容易地應(yīng)用到小型的機(jī)器人中。
由于本發(fā)明的總體構(gòu)思采用了由電機(jī)使單鏡旋轉(zhuǎn)來發(fā)射光束并接收反射 光束的方法，所以可以使用低功率的電機(jī)。而且，由于可以通過改變單鏡的 數(shù)量和組件的布置使信標(biāo)的安裝容易，所以便于其使用。
雖然已經(jīng)顯示并描述了本發(fā)明總體構(gòu)思的幾個(gè)實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的技 術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明總體構(gòu)思的原理和精神的情況下，可以對(duì) 這些實(shí)施例進(jìn)行改變，本發(fā)明的總體構(gòu)思由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1、一種定位系統(tǒng)，包括信標(biāo)；運(yùn)動(dòng)體，與所述信標(biāo)通信，其中，所述信標(biāo)基于由所述信標(biāo)發(fā)射的光的發(fā)射時(shí)間與由運(yùn)動(dòng)體朝著信標(biāo)反射的光的檢測(cè)時(shí)間之間的時(shí)間差來測(cè)量運(yùn)動(dòng)體與信標(biāo)之間的距離，所述信標(biāo)發(fā)射光以用于檢測(cè)所述運(yùn)動(dòng)體的位置，所述運(yùn)動(dòng)體接收來自所述信標(biāo)的發(fā)射光的相位信息和距離信息，以檢測(cè)所述運(yùn)動(dòng)體相對(duì)于所述信標(biāo)的相對(duì)位置。
2、 如權(quán)利要求1所述的定位系統(tǒng)，其中，所述信標(biāo)包括 光產(chǎn)生器，用于發(fā)射具有方向性的光；檢測(cè)器，用于檢測(cè)反射光；距離測(cè)量單元，用于基于發(fā)射光的發(fā)射光信號(hào)的時(shí)間與反射光的反射光 信號(hào)的時(shí)間之間的差和光的速度來估計(jì)距離。
3、 如權(quán)利要求2所述的定位系統(tǒng)，其中，所述距離測(cè)量單元包括用于將 反射光的反射光信號(hào)放大的放大器。
4、 如權(quán)利要求2所述的定位系統(tǒng)，其中，所述光產(chǎn)生器包括用于發(fā)射紅 外激光射線作為發(fā)射光的紅外激光二極管。
5、 如權(quán)利要求1所述的定位系統(tǒng)，其中，所述運(yùn)動(dòng)體包括相對(duì)于信標(biāo)自 由行進(jìn)的移動(dòng)機(jī)器人。
6、 如權(quán)利要求1所述的定位系統(tǒng)，其中，所述運(yùn)動(dòng)體包括相對(duì)于信標(biāo)運(yùn) 動(dòng)的可運(yùn)動(dòng)的車。
7、 如權(quán)利要求6所述的定位系統(tǒng)，其中，所述運(yùn)動(dòng)體還包括用于顯示可 運(yùn)動(dòng)車的位置的顯示器。
8、 如權(quán)利要求1所述的定位系統(tǒng)，其中，所述運(yùn)動(dòng)體包括安裝在運(yùn)動(dòng)體 表面上用于將從信標(biāo)發(fā)射的光作為反射光反射回去的光反射器。
9、 如權(quán)利要求8所述的定位系統(tǒng)，其中，所述光反射器包括用于將入射 光回射到信標(biāo)作為反射光的反光鏡。
10、 如權(quán)利要求1所述的定位系統(tǒng)，其中，所述信標(biāo)還包括編碼器，所 述編碼器用于對(duì)測(cè)量到的距離信息和與光的發(fā)射方向?qū)?yīng)的相位信息進(jìn)行編 碼，并且將其發(fā)射到運(yùn)動(dòng)體；運(yùn)動(dòng)體還包括位置測(cè)量單元，所述位置測(cè)量單元基于包含在光中的距離 信息和相位信息來測(cè)量運(yùn)動(dòng)體的相對(duì)位置。
11、 如權(quán)利要求IO所述的定位系統(tǒng)，其中，所述編碼器編碼以包含與光的當(dāng)前發(fā)射方向?qū)?yīng)的相位信息和由先前被發(fā)射的反射光測(cè)量到的距離信自、
12、 如權(quán)利要求11所述的定位系統(tǒng)，其中，所述編碼器產(chǎn)生被編碼有相位信息、距離信息和信標(biāo)的唯一特征信息的單個(gè)包。
13、 一種具有用于檢測(cè)將被測(cè)量的物體的位置并用于測(cè)量物體的距離的 光的信標(biāo)，所述信標(biāo)包括光產(chǎn)生器，用于朝著物體發(fā)射具有方向性的光； 反射光檢測(cè)器，用于檢測(cè)從所述光產(chǎn)生器發(fā)射并且由物體反射的光； 距離測(cè)量單元，用于基于光的發(fā)射時(shí)間與反射光的檢測(cè)時(shí)間之間的差來 測(cè)量信標(biāo)與物體之間的距離。
14、 如權(quán)利要求13所述的信標(biāo)，還包括 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，用于使光產(chǎn)生器和反射光檢測(cè)器同步并旋轉(zhuǎn)。
15、 如權(quán)利要求14所述的信標(biāo)，其中，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器包括一體地連接 到光產(chǎn)生器和反射光檢測(cè)器上的電機(jī)和旋轉(zhuǎn)軸，用于產(chǎn)生使光產(chǎn)生器和反射 光檢測(cè)器旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)力。
16、 如權(quán)利要求14的所述信標(biāo)，還包括相位調(diào)節(jié)器，用于對(duì)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以調(diào)節(jié)光的發(fā)射方向， 并且輸出與光的發(fā)射方向相對(duì)應(yīng)的相位信息；編碼器，用于對(duì)相位調(diào)節(jié)器的相位信息和由距離測(cè)量單元測(cè)量的距離信 息進(jìn)行編碼，將編碼的信息放入由光產(chǎn)生器發(fā)射的光中。
17、 如權(quán)利要求14所述的信標(biāo)，其中，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器包括 至少一個(gè)單鏡，用于轉(zhuǎn)換來自光產(chǎn)生器的發(fā)射光的傳播方向和由物體回射的光的傳播方向；電機(jī)，使所述單鏡旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)軸，用于將所述單鏡連接到電機(jī)。
18、 如權(quán)利要求17所述的信標(biāo)，其中，所述光產(chǎn)生器和反射光檢測(cè)器被 布置在所述單鏡的側(cè)部。
19、 如權(quán)利要求17所述的信標(biāo)，其中，當(dāng)所述電機(jī)的側(cè)部單獨(dú)設(shè)置有所 述至少一個(gè)單鏡時(shí)，光產(chǎn)生器在所述電機(jī)的第一側(cè)朝著所述單鏡中的一個(gè)發(fā) 射光，反射光檢測(cè)器在所述電機(jī)的第二側(cè)接收由單鏡反射的反射光，光產(chǎn)生 器和反射光檢測(cè)器沿著縱向布置。
20、 一種^r測(cè)運(yùn)動(dòng)體位置的定位系統(tǒng)的定位方法，在定位系統(tǒng)中，運(yùn)動(dòng) 體在距固定位置的信標(biāo)遠(yuǎn)距離的工作區(qū)域中運(yùn)動(dòng)，所述定位方法包括從信標(biāo)發(fā)射具有方向性的光；通過接收由運(yùn)動(dòng)體反射的光的信標(biāo)來測(cè)量信標(biāo)和運(yùn)動(dòng)體之間的距離； 將測(cè)量的距離信息和與光的發(fā)射方向?qū)?yīng)的相位信息編碼到所述光中； 通過接收被編碼的光的運(yùn)動(dòng)體，基于包含在從信標(biāo)發(fā)射的被編碼的光中 的相位信息和距離信息來檢測(cè)運(yùn)動(dòng)體的位置。
21、 如權(quán)利要求20所述的定位方法，其中，對(duì)所述信息進(jìn)行編碼包括對(duì) 信標(biāo)的唯一特征信息進(jìn)行編碼，對(duì)相位信息、距離信息和唯一的特征信息以 單個(gè)包的形式進(jìn)行編碼。
22、 如權(quán)利要求21所述的定位方法，其中，所述距離信息包括通過檢測(cè)先前發(fā)射的光而測(cè)量得到的信息，所述相位信息包括當(dāng)前發(fā)射的光的相位信 臺(tái)
23、 如權(quán)利要求20所述的定位方法，其中，所述運(yùn)動(dòng)體包括移動(dòng)機(jī)器人， 所述移動(dòng)機(jī)器人檢測(cè)其自身的位置并相對(duì)于信標(biāo)自由行進(jìn)。
24、 如權(quán)利要求20所述的定位方法，其中，所述運(yùn)動(dòng)體包括可運(yùn)動(dòng)的車， 所述可運(yùn)動(dòng)的車具有用于顯示可運(yùn)動(dòng)的車的位置的顯示器。
25、 一種含有計(jì)算機(jī)可讀符號(hào)的計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀 符號(hào)用于執(zhí)行檢測(cè)物體的位置的方法，所述方法包括從信標(biāo)發(fā)射具有方向性的光；通過接收由物體反射的光的信標(biāo)來測(cè)量信標(biāo)和物體之間的距離；將測(cè)量的距離信息和與光的發(fā)射方向?qū)?yīng)的相位信息編碼到所述光中；基于包含在從信標(biāo)朝著物體發(fā)射的光中的相位信息和距離信息來檢測(cè)物
26、 一種與物體通信以確定物體位置的信標(biāo)，所述信標(biāo)包括 光產(chǎn)生器，用于朝著物體發(fā)射第一光和第二光； 反射光檢測(cè)器，用于檢測(cè)來自所述物體的第一光的反射光；距離測(cè)量單元，用于根據(jù)所述第 一光發(fā)射的第 一 時(shí)間與被檢測(cè)的反射光的第二時(shí)間之間的時(shí)間差來測(cè)量物體與信標(biāo)之間的距離；編碼器，用于將在包中的關(guān)于測(cè)量距離的信息編碼到將被發(fā)射到物體的 第二光中。
27、 一種與信標(biāo)通信的移動(dòng)機(jī)器人，所述移動(dòng)機(jī)器人包括 光反射器，用于反射信標(biāo)的第一光；光接收器，用于接收信標(biāo)的第二光；位置測(cè)量單元，用于根據(jù)包含在信標(biāo)的第二光中的信息來測(cè)量光接收器 的位置。
28、 一種定位系統(tǒng)，包括信標(biāo)，與移動(dòng)機(jī)器人通信以確定移動(dòng)機(jī)器人的位置，所述信標(biāo)包括 光產(chǎn)生器，用于朝著移動(dòng)機(jī)器人發(fā)射第一光和第二光； 反射光檢測(cè)器，用于檢測(cè)來自所述移動(dòng)機(jī)器人的第一光的反射光； 距離測(cè)量單元，用于根據(jù)所述第 一光發(fā)射的第 一時(shí)間與被檢測(cè)的反射光的第二時(shí)間之間的時(shí)間差來測(cè)量移動(dòng)機(jī)器人與信標(biāo)之間的距離；編碼器，用于將在包中的關(guān)于測(cè)量距離的信息編碼到將被發(fā)射到移動(dòng)機(jī)器人的第二光中；移動(dòng)機(jī)器人，與信標(biāo)通信，所述移動(dòng)機(jī)器人包括 光反射器，用于反射信標(biāo)的第一光； 光接收器，用于接收信標(biāo)的第二光；位置測(cè)量單元，用于根據(jù)包含在信標(biāo)的第二光中的信息來測(cè)量光接 收器的位置。
全文摘要
本發(fā)明的總體構(gòu)思公開了一種用于基于發(fā)射光和反射光之間的時(shí)間差來測(cè)量距離并將測(cè)量的距離信息放入光中的信標(biāo)，并且公開了一種利用所述信標(biāo)來檢測(cè)運(yùn)動(dòng)體位置的定位系統(tǒng)以及定位方法。由于運(yùn)動(dòng)體相對(duì)于信標(biāo)的相對(duì)位置可以被精確地檢測(cè)，并且將具有方向性的紅外激光作為光源，所以運(yùn)動(dòng)體可以在寬的工作區(qū)域中行進(jìn)。
文檔編號(hào)G01S17/00GK101109630SQ20071010485
公開日2008年1月23日 申請(qǐng)日期2007年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月18日
發(fā)明者吳淵宅, 樸基喆, 金容載, 金成河, 高源晙 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社