一种全向伴随系统的制作方法

1.本技术涉及机器人定位领域，特别是涉及一种全向伴随系统。


背景技术：

2.机器人为了实现近距离高动态性能的自动伴随或者跟随功能，通过在机器人和伴随对象上分别加装多天线结构的定方位组件来实现固定相对角度范围的自动跟随。该方案目前还存在着以下不足：在机器人上定方位组件安装方向确定后，只能在垂直于该天线的方向上及其附近方向以内的范围内实现跟随功能。而且现有的跟随方案中，机器人大都只能在相对于伴随对象的特定角度上实现伴随功能，该角度与基站模块的安装方位相关，从而不能全方位定位定向，应用受限。


技术实现要素：

3.本公开提供了一种全向伴随系统，该全向伴随系统包括信标模块、基站模块与随动转台，信标模块设置于目标对象上，随动转台设置于机器人上，基站模块设置于随动转台上，基站模块用于控制随动转台转动。
4.可选地，信标模块包括第一天线，基站模块包括第二天线与第三天线，第一天线用于发射位置信号，第二天线与第三天线用于接收不同相位角下的位置信号。
5.可选地，信标模块进一步包括第一处理器，第一处理器连接第一天线，第一处理器用于通过第一天线发射位置信号；
6.基站模块进一步包括第二处理器，第二处理器连接第二天线与第三天线，第二处理器用于通过第二天线与第三天线接收位置信号。
7.可选地，随动转台包括控制单元与转动组件，第二处理器连接控制单元，控制单元连接转动组件，第二处理器通过控制单元控制转动组件转动，以控制随动转台转动。
8.可选地，信标模块进一步包括第一地磁传感器，第一地磁传感器连接第一处理器。
9.可选地，信标模块进一步包括第一陀螺仪与第一加速度计，第一陀螺仪与第一加速度计分别连接第一处理器。
10.可选地，基站模块进一步包括第二地磁传感器，第二地磁传感器连接第二处理器。
11.可选地，基站模块用于控制随动转台转动，以使信标模块和基站模块之间的夹角为预设角度。
12.可选地，信标模块包括手环、臂环、电子标签或头盔中的至少一种。
13.可选地，机器人包括四足机器人、双足机器人、六足机器人或爬行机器人中的至少一种。
14.本公开的有益效果是：区别于现有技术，本公开通过设置由基站模块控制转动的随动转台，实现机器人对目标对象的全向定位与定向，进行实现机器人对目标对象的全向跟随功能。
15.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，而非
限制本公开。
附图说明
16.为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是本公开全向伴随系统一实施例的结构示意图；
18.图2是本公开随动转台一实施例的结构示意图；
19.图3是本公开全向伴随系统另一实施例的结构示意图。
具体实施方式
20.为使本领域的技术人员更好地理解本公开的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本公开所提供的全向伴随系统做进一步详细描述。可以理解的是，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
21.本公开中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
22.本公开提供一种全向伴随系统，以解决现有技术中不能全方位定位定向，应用受限的问题。请参阅图1，图1是本公开全向伴随系统一实施例的结构示意图。如图1所示，全向伴随系统3包括信标模块31、基站模块32以及随动转台33。
23.其中，信标模块31设置于目标对象1上，随动转台33设置于机器人2上，基站模块32设置于随动转台33上。基站模块32用于控制随动转台33转动，以使信标模块31和基站模块32之间的夹角为预设角度。
24.可选地，在本实施例中，预设角度的范围为0
°‑
180
°
。优选地，预设角度为0
°
或90
°
。
25.当预设角度为0
°
时，机器人2位于目标对象1的正前方，以引导目标对象1的前进方向，以使目标对象1能够时刻注意到机器人2，不易发生碰撞冲突；或，机器人2位于目标对象1的正后方，以与目标对象1保持相同的前进方向，进而实现机器人2对目标对象1的跟随功能。
26.当预设角度为90
°
时，机器人2位于目标对象1的正左侧或正右侧，以使机器人2与目标对象1保持相同的前进速度及前进方向，进而实现机器人2对目标对象1的跟随功能。
27.本实施例全向伴随系统3通过设置由基站模块32控制转动的随动转台33，使信标模块31和基站模块32之间的夹角为预设角度，通过选择对应的预设角度，以使机器人2实现对目标对象1的跟随功能。同时，预设角度的范围为0
°‑
180
°
，在预设角度的范围内任选一预设角度，由基站模块32控制随动转台33转动使信标模块31和基站模块32之间的夹角为所选
的预设角度，实现机器人2对目标对象1的全向定位与定向，进行实现机器人2对目标对象1的全向跟随功能。
28.如图1所示，信标模块31包括第一天线311，基站模块32包括第二天线321与第三天线322，第一天线311用于发射位置信号，第二天线321与第三天线322用于接收不同相位角下的位置信号。
29.其中，信标模块31进一步包括第一处理器312，第一处理器312连接第一天线311，第一处理器312用于通过第一天线311发射位置信号。
30.基站模块32进一步包括第二处理器323，第二处理器323连接第二天线321与第三天线322，第二处理器323用于通过第二天线321与第三天线322接收位置信号。
31.具体地，由于第二天线321与第三天线322相对第一天线311的距离不同，因此第二天线321与第三天线322在接收第一天线311发射的位置信号时，接收到的位置信号的相位角不同，即第二天线321与第三天线322分别接收到不同到达相位角的位置信号。
32.第二处理器323通过第二天线321与第三天线322分别接收不通相位角下的位置信号，并通过计算两个不同相位角之间的相位差，可计算得到第一天线311相对于第二天线321与第三天线322的距离差，即计算得到第一天线311与第二天线321之间的第一距离，和第一天线311与第三天线322之间的第二距离的距离差。
33.同时，位置信号还包括第一天线311发射的位置信号的时间戳，第二处理器323通过时间戳可计算得到位置信号的传输时间，进一步通过位置信号的传输时间计算得到第一天线311相对于第二天线321与第三天线322的距离，即计算得到第一天线311与第二天线321之间的第一距离，和第一天线311与第三天线322之间的第二距离。
34.进一步地，基站模块32通过定向算法控制随动转台33转动，使第二天线321与第三天线322接收到的位置信号的相位差为零，则此时基站模块32正对信标模块31。其中，随动转台33旋转的角度则为基站模块32相对信标模块31的角度，即信标模块31和基站模块32之间的夹角为随动转台33旋转的角度。
35.本实施例信标模块31通过设置第一天线311，配合基站模块32设置的第二天线321与第三天线322，实现机器人2对目标对象1的定位定向，简化信标模块31的结构，减小信标模块31的体积，以使提高目标对象1的佩戴与体验效果，同时降低制造成本。
36.结合图1，进一步参阅图2，图2是本公开随动转台一实施例的结构示意图。如图2所示，随动转台33包括控制单元331与旋转组件332，控制单元331连接旋转组件332。
37.控制单元331连接基站模块32的第二处理器323，接收第二处理器323输出的控制信号，根据控制信号驱动旋转组件332旋转，进而实现随动转台33的转动。
38.可选地，控制单元331(control unit)具体可为控制芯片，由指令寄存器ir(instruction register)、指令译码器id(instruction decoder)和操作控制器oc(operation controller)三个部件组成。其中，控制单元331可以作为cpu的一部分，也可以安装于cpu外部。
39.可选地，旋转组件332可包括旋转轴、轴承以及转盘等元件。
40.可选地，本实施例随动转台33可为单轴转台、双轴转台、三轴转台或多轴转台；或，本实施例随动转台33可为位置转台、速率转台、加速度转台；或，本实施例随动转台33可为无磁转台、温控转台；或，本实施例随动转台33可为高速转台、超高速转台。
41.如图1所示，信标模块31进一步包括第一地磁传感器313，第一地磁传感器313连接第一处理器312。基站模块32进一步包括第二地磁传感器324，第二地磁传感器324连接第二处理器323。
42.其中，第一地磁传感器313用于确定信标模块31与地磁场的相对方向，第二地磁传感器324用于确定基站模块32与地磁场的相对方向。
43.本实施例全向伴随系统3通过在信标模块31中设置第一地磁传感器313，以及在基站模块32中设置第二地磁传感器324，提高机器人2对目标对象1的全向跟随功能的精确性与可靠性。
44.如图1所示，信标模块31进一步包括第一陀螺仪314与第一加速度计315，第一陀螺仪314与第一加速度计315分别连接第一处理器。
45.其中，第一陀螺仪314与第一加速度计315用于提高信标模块31定位的准确性，进而提高机器人2对目标对象1的全向跟随功能的精确性与可靠性。
46.可选地，在其他实施例中，信标模块31还可包括位姿传感器，基站模块32还可包括陀螺仪或加速度计等等，通过设置位姿传感器、陀螺仪或加速度计等定位元件，提高全向伴随系统3的精确性与可靠性。
47.可选地，在本实施例中，信标模块31包括手环、臂环、电子标签或头盔中的至少一种，方便目标对象1佩戴使用，可根据目标对象1的实际情况选择对应的信标模块31。
48.可选地，在本实施例中，机器人2包括四足机器人、双足机器人、六足机器人或爬行机器人中的至少一种。其中，机器人2还可为机器狗或扫地机器人等等。
49.结合图1-2，进一步参阅图3，图3是本公开全向伴随系统另一实施例的结构示意图。其中，在本实施例中，目标对象1具体为人，机器人2具体为机器狗，其中机器狗为四足机器人。
50.可选地，在本实施例中，信标模块31为手环，人佩戴信标模块31，即将信标模块31佩戴于手腕处。可选地，在其他实施例中，信标模块31为臂环、电子标签或头盔中的至少一种，人佩带于对应部位使用。
51.可选地，在本实施例中，机器狗上设置基站模块32与随动转台33，其中，随动转台33可设置于机器狗的头部。可选地，在其他实施例中，随动转台33可设置于机器狗的背部或其他部位。
52.具体地，人沿正前方前进的过程中，移动速度并非为固定值，即移动过程中出现移动速度超过平均移速或移动速度低于平均移速的情况。在通常的情况下，机器狗的移动速度设置为人的平均移速。
53.当人的移动速度过快时，人的移速大于机器狗的移动速度，因此人在一段时间内的移动距离大于机器狗的移动距离，人与机器狗之间的距离增加。此时人与机器狗不是并列前进，即基站模块32并未正对信标模块31，因此需要调整基站模块32，使其正对信标模块31，以实现对人进行定位及定向。
54.当人的移动速度过慢时，人的移速小于机器狗的移动速度，因此人在一段时间内的移动距离小于机器狗的移动距离，人与机器狗之间的距离增加。此时人与机器狗不是并列前进，即基站模块32并未正对信标模块31，因此需要调整基站模块32，使其正对信标模块31，以实现对人进行定位及定向。
55.另一方面，在人工作或生活的大多数环境下，在对应场景的不同位置设置有不同功能的物品，因此人在以正前方作为移动方向的前进过程中，可能遭遇到不同障碍物，一些可以跨越，一些可能需要躲避。因此，人在躲避障碍物的过程中需要改变移动路径，以避免与障碍物发生碰撞。
56.其中，当人改变前进轨迹时，通常需要进行左转或右转的动作，使得信标模块31偏离原始位置，进而导致基站模块32并未正对信标模块31，因此需要调整基站模块32，使其正对信标模块31，以实现对人进行定位及定向。
57.具体地，根据上述实施例所阐述的工作原理，基站模块32通过定向算法控制随动转台33转动，使第二天线321与第三天线322接收到的位置信号的相位差为零，则此时基站模块32正对信标模块31。此时，机器狗在保持原前进行方向的基础上，仍可准确对人进行定位及定向。
58.以上仅为本公开的实施例，并非因此限制本公开的专利范围，凡是利用本公开说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本公开的专利保护范围内。