测量距离的信标、使用其的定位系统和测量距离的方法技术方案

本发明专利技术的总体构思公开了一种用于基于发射光和反射光之间的时间差来测量距离并将测量的距离信息放入光中的信标，并且公开了一种利用所述信标来检测运动体位置的定位系统以及定位方法。由于运动体相对于信标的相对位置可以被精确地检测，并且将具有方向性的红外激光作为光源，所以运动体可以在宽的工作区域中行进。

Beacon for measuring distance, positioning system using the same and method for measuring distance

The general idea of the invention is disclosed for transmitting between the light and the reflected light based on the time difference to measure the distance and measuring the distance information into the beacon light, and discloses a positioning system and positioning method to detect the position of the moving body using the beacon. Since the relative position of the moving body relative to the beacon can be accurately detected, and the directional infrared laser is used as a light source, the moving body can be moved into a wide working area.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的总体构思涉及一种用于检测移动机器人(mobilerobot)的位置 的定位系统以及其定位方法，更具体地讲，本专利技术的总体构思涉及一种通过 接收包含在从信标(beacon)发射出的光束中的相位信息和距离信息来检测 位置的定位系统以及其定位方法。
技术介绍
机器人的应用领域正逐渐扩展到各个工业领域，并且各种类型的新机器 人正在涌现，例如，用于家务(household affairs)的家用机器人。在过去， 机器人可在受限制的空间中执行特定功能，但是现在，它可以脱离固定的轨 迹自由地运动和独立地工作。传统的机器人系统包括外部光发射单元，以使可自由运动的机器人可以 检测其自身的位置。光发射单元包括多个光发射器(叩tical transmitters),所 述多个光发射器用于从固定位置发射定向光，例如，红外线、电磁波等。因 为光的方向性，所以从光发射器发射的定向光根据各个光发射器的固定位置 达到位于预定区域的^L器人。而且，各个光发射器发射包含有特定特征信息(identity information)的 定向光以使一个光发射器的定向光与从其它光发射器发射出的其它定向光区 别。机器人包括多个光接收器和控制器。光接收器接收从光发射器发射的定 向光并且将关于接收到的定向光的强度的信息输出到控制器。基于从光接收 器供给的关于定向光的强度的信息，控制器确定机器人相对于光发射器的相 对位置。然而，由于测量光的强度时，当传统的机器人系统根据光发射器和光接 收器的规格而受到严重影响，所以机器人的相对位置不能基于光的强度而被 精确地检测。而且，由于传播到空间中的光的能量与距光发射器的距离的平 方成反比，所以基于光强度的位置测量受到光发射器和机器人之间距离的限制。通过考虑在基于光强度来测量位置中出现的问题，韩国专利公开第10-2005-0016786号7>开了 一种通过接收从信标发射出来的包含相位信息的 光来检测机器人的位置的机器人系统。如图1所示，这个机器人系统包括信 标1和移动机器人2。信标1包括用于使发射器10旋转的旋转驱动器30和 编码器40,该发射器IO用于发射定位光，编码器40用于将通过旋转驱动器 30旋转的发射器10的相位信息放到定位光中。参照图2,旋转驱动器30包括用于使单镜(single mirror) 33旋转的电 机31。当单镜33由电机31旋转时，从发射器IO的红外线发射器ll发射出 的红外线被单镜33按照预定的相位角反射。旋转驱动器30将由旋转镜子33 反射的红外线的相位信息传送到编码器40，以使红外线发射器11发射包含 有相位信息的红外线。通过这样执行，在移动机器人2中，位置测量单元50 可以基于从接收器20的红外线接收器21接收的红外线的相位信息来测量移 动机器人2的位置。然而，如果安装了单个的信标，则机器人控制系统在缺少至少三项接收 到的信息的情况下就不能检测机器人的位置和方向。当相互邻近的几个接收 器从邻近位置接收到三项信息时，机器人的位置和方向的精确性较差。因此，在三个接收器都必须相互邻近的安装地小型机器人中，很难精确 地测量才几器人的位置和方向。为了解决上述的问题，单个接收器被安装在机器人中并且机器人运动， 以使得能够通过获得在不同的位置的三个不同的信息项来估计所述机器人的 位置。然而，在这种情况下，必须进行另外的估计来获得在不同位置之间的 机器人的精确的行进距离。另外，存在一种使用两个信标来检测机器人的位 置的方法。然而，在这种情况下，由于信标的数量增加，所以成本增加了， 并且当两个信标之间的距离较小时机器人的位置精确度变差了。第10-2006-0068968号韩国专利公开中乂>布了另 一种才几器人系统，该机 器人系统用于发射超声波和光以测量机器人的位置。如图3所示，这个机器 人系统包括信标100和移动才几器人200。信标100通过由4t转驱动器130旋 转的光输出单元120发射出包含相位信息的光，并且根据旋转驱动器130的 旋转，通过超声波发射器110发射出超声波。光输出单元120包括用于发射 红外线的光产生器121以及编码器122,该编码器122用于从相位调节器140 接收由旋转驱动器130供给的相位信息并且将供给的相位信息编码到从光产生器121发射的红外线中。参照图4,旋转驱动器130的电机131使单镜133旋转，从光产生器121 发射出的红外线由单镜133按照预定角度反射。旋转驱动器130将由旋转镜 子反射的红外线的相位信息传送到相位调节器140,然后相位调节器140将 其再传送到编码器122。光接收器220和超声波接收器210分别接收从信标100发射出的红外线 和超声波，并且将其供给位置测量单元240。光方向检测器230利用从信标 100发射出的红外线来检测机器人的行进方向，并将其供给给位置测量单元 240。位置测量单元240可利用由移动机器人的光接收器222接收的相位信息， 通过超声波接收器210接收到超声波的时间，和由光方向检测器230检测到 的红外线发射出的方向来估计机器人的位置。然而，虽然包含有相位信息的红外线能够发射出较远距离，但是超声波 不能发射长距离，超声波具有应用范围的限制。换句话说，虽然在较远距离 的移动机器人可接收到从信标发射出的红外线，但是因为超声波的接收性能 差，所以当距离太远时机器人不能接收到超声波。因此，由于很难检测在大 范围内的移动机器人的位置，所以移动机器人的使用范围受到限制。
技术实现思路
本专利技术的总体构思提供了 一种信标以及一种利用所述信标的定位系统和 其定位方法，所述信标用于通过基于由信标发射的光与由信标接收的反射光 之间的时间差来测量距离并将测量的距离信息放入到由信标发射的光中，来 检测行进物体的位置。本专利技术总体构思提供了 一种信标以及一种利用所述信标的定位系统和其 定位方法，所述信标用于测量距离来确定位置，以通过使用具有长范围并含 有相位信息和距离信息的红外激光作为光源使行进的物体可以在宽区域中被 使用。本专利技术总体构思提供了 一种信标以及一种利用所述信标的定位系统和其 定位方法，所述信标基于发射光与被反射光之间的时间差来测量距离，以降 低构造定位系统的成本，并容易被用于小型机器人中。本专利技术总体构思的其它方面和优点部分将在以下描述中阐述，部分将从 描述中变得清楚，或者可以通过对本专利技术总体构思的实践而了解。本专利技术总体构思的上述和/或其它方面和用途可以通过提供一种定位系统来实现，所述定位系统包括信标；运动体，与所述信标通信，其中，所 述信标基于由所述信标发射的光的发射时间与由运动体朝着信标反射的光的 检测时间之间的时间差来测量运动体与信标之间的距离，所述信标发射光用 于检测所迷运动体的位置，所迷运动体接收来自所述信标的发射光的相位信 息和距离信息，以检测所述运动体相对于所述信标的相对位置。所述信标可包括光产生器，用于发射具有方向性的光；检测器，用于 检测反射光；距离测量单元，用于基于发射光的发射光信号的时间与反射光 的反射光信号的时间之间的差和光的速度来估计距离。所述距离测量单元可包括用于将反射光的反射光信号放大的放大器。 线作为发射光的红外激光二极所述运动体可以是相对于信标自由行进的移动机器人。 所述运动体可包括相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种定位系统，包括：信标；运动体，与所述信标通信，其中，所述信标基于由所述信标发射的光的发射时间与由运动体朝着信标反射的光的检测时间之间的时间差来测量运动体与信标之间的距离，所述信标发射光以用于检测所述运动体的位置，所述运动体接收来自所述信标的发射光的相位信息和距离信息，以检测所述运动体相对于所述信标的相对位置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：金容载，吴渊宅，朴基喆，高源晙，金成河，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]