CN101985217A - 一种区域机器人智能定位***及方法 - Google Patents

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李荣正
黄逸捷
林琦彬
徐哲昕
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Abstract

本发明公开了一种区域机器人智能定位***及方法，机器人包括左轮和右轮，包括控制左轮的左轮电机控制电路、控制右轮的右轮电机控制电路、输出控制信号给所述左轮电机控制电路和右轮电机控制电路的单片机小车控制***、单片机发射端控制***、连接于所述单片机发射端控制***和单片机小车控制***之间的超声波发送电路、超声波接收电路、无线发送模块以及无线接收模块；方法包括：通过区域机器人进行定位时，采用三点定位的方式，检测时，用超声波作为测量媒介，通过超声波进行测距。本发明通过采用超声波技术和无线技术，利用声波对射方式来测距，通过无线技术来确立超声波发出的时刻，可实现直线定位，结构简单，精度高，响应时间快。

Description

一种区域机器人智能定位***及方法
技术领域
本发明涉及一种区域机器人智能定位***，尤其涉及一种区域机器人智能定位***及方法。
背景技术
随着全球定位***和机器人技术的快速发展，人们对于多功能和高精度定位的要求已达到了前所未有的深度和广度，其实现形式也愈加丰富，人们可以通过车载导航***、便携式导航***等，实现对于自身位置的掌控。但是随之也对多种技术在不同领域的应用提出了新的思路：首先是对于小范围高精度的定位要求，例如人们希望在仓库、大厅等室内实现定位功能。其次是对于GPS***的补充，例如在隧道等卫星信号无法到达的区域内实现定位等等。再者，人们希望机器人能够帮助人类完成更多重要的工作，由此提出了机器人定位***的相关问题和解决方案。为了解决局部区域的定位功能和高的***安全度，本发明的申请人致力于建立一种用于区域机器人移动定位的小型***及方法，这种小***及其定位方法能够达到较高的精度和较快的响应时间。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种区域机器人智能定位***及方法，通过采用超声波技术和无线技术，利用声波对射方式来测距，通过三点定位的方式实现直线定位，结构简单，精度高，响应时间快。
实现上述目的的技术方案是：
本发明之一的一种区域机器人智能定位***，机器人包括左轮和右轮，其中，包括控制左轮的左轮电机控制电路、控制右轮的右轮电机控制电路、输出控制信号给所述左轮电机控制电路和右轮电机控制电路的单片机小车控制***、单片机发射端控制***、连接于所述单片机发射端控制***和单片机小车控制***之间的超声波发送电路、超声波接收电路、无线发送模块以及无线接收模块，其中：
所述的超声波发送电路接收来自单片机发射端控制***的超声波控制信号，输出超声波信号给所述的超声波接收电路；
所述的超声波接收电路接收来自超声波发送电路的超声波信号，对该信号进行放大和整流，输出超声波信号给所述的单片机小车控制***；
所述的无线发送模块接收来自单片机小车控制***的无线信号，输出信号给所述的无线接收模块；
所述的无线接收模块接收来自无线发送模块的信号，输出无线信号给所述的单片机发射端控制***。
上述的区域机器人智能定位***，其中，所述的无线发送模块和所述的无线接收模块上还分别加设有天线。
本发明之二的一种区域机器人智能定位方法，其中，通过区域机器人进行定位时，采用三点定位的方式，即通过测得被检测物体到三个参照点之间的距离，得到被测物体在区域中的位置，检测时，用超声波作为测量媒介，通过超声波进行测距。
上述的区域机器人智能定位方法，其中，通过超声波进行测距时，采取对射式测距的方法，即距离L＝(声速V*时间T)。
上述的区域机器人智能定位方法，其中，采用对射式测距的方法时，采用发射超声波信号，通过一无线装置来确立超声波发出时刻。
上述的区域机器人智能定位方法，其中，在采用三点定位的方式进行定位时，采用三点发射一点接收的方式。
本发明的有益效果是：本发明应用于区域机器人移动定位中，采用了超声波技术和无线技术来实现准确定位，采用三点定位的方式，由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，超声波技术成本低、结构简单易于实现；通过采用无线技术来确立超声波发出的时刻，由于无线技术是以光速传播的，其传播时间对于小范围区域可以忽略不计，正好满足了本***架构的要求。
附图说明
图1是本发明之一的区域机器人智能定位***的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
请参阅图1，图中示出了本发明之一的一种区域机器人智能定位***及方法，机器人包括左轮(图中未示出)和右轮(图中未示出)，区域机器人移动定位***包括控制左轮的左轮电机控制电路1、控制右轮的右轮电机控制电路2、输出控制信号给左轮电机控制电路1和右轮电机控制电路2的单片机小车控制***3、单片机发射端控制***4、连接于单片机发射端控制***4和单片机小车控制***3之间的超声波发送电路5、超声波接收电路6、无线发送模块7以及无线接收模块8，其中：
超声波发送电路5接收来自单片机发射端控制***4的超声波控制信号，输出超声波信号给超声波接收电路6；
超声波接收电路6接收来自超声波发送电路5的超声波信号，对该信号进行放大和整流，输出超声波信号给单片机小车控制***3；
无线发送模块7接收来自单片机小车控制***3的无线信号，输出信号给无线接收模块8；
无线接收模块8接收来自无线发送模块7的信号，输出无线信号给单片机发射端控制***4。
无线发送模块7和无线接收模块8均采用了315MHz无线发送和接收模块，为了达到更好的发送和接收效果，分别加了248mm天线(图中未示出)。
本实施例中，单片机小车控制***3和单片机发射端控制***4均采用AVR Mega48单片机。
本发明的工作原理：参照GPS***的构架理念，采取三点定位的方式，即由通过测得被检测物体到三个参照点之间的距离，从而得到被测物体在区域中的位置，用超声波作为测量媒介，采取对射式测距的方法，即L＝(声速V*时间T)，L为距离。通过在移动的机器人上装超声波接收电路6，实现三点发射一点接收的方式，而三点发射一点接收的方式，需要考虑接收端如何捕捉信号的问题，因此本发明引入了无线技术，由于无线技术是以光速传播的，速度快，对于小范围区域可以忽略，因此，能够很好的、准确地捕捉信号。
本发明之二的一种区域机器人智能定位方法，通过区域机器人进行定位时，采用三点定位的方式，即通过测得被检测物体到三个参照点之间的距离，得到被测物体在区域中的位置，检测时，用超声波作为测量媒介，通过超声波进行测距，通过超声波进行测距时，采取对射式测距的方法，即距离L＝(声速V*时间T)。
在采用对射式测距的方法时，采用发射超声波信号，通过一无线装置来确立超声波发出时刻。
在采用三点定位的方式进行定位时，采用三点发射一点接收的方式，这样只需考虑接收端如何捕捉信号的问题，而不需要考虑如何扫描的问题。
在确立单点接收后，就引出了对于多点信号的区分问题。本发明采用时分来进行区分。按时间区分的方式，优点在于可以较为简单的控制方式，即各发射点依次发出信号。
对于采用对射式测距方式有一个最为重要的技术难点在于解决如何确立超声波发出时刻的问题。因为发射点和接收点不是同一单片机***，因此接收端并不能直接得知发送端发出超声波的时刻。借鉴打雷和闪电的关系，本发明***引入无线技术，由于无线技术是以光速传播的，其传播时间对于小范围区域可以忽略不计，正好满足了***的设计要求。为了尽可能减少无线数据发送的对***运行的影响，本实施例中采用了串口技术。其过程为机器人在平时发出0x0F的控制码，这样可以排除无线的干扰，在需要发射端发出超声波数据时，发出0x55的控制码，接收端在瞬间接收到无线信号后，第一点立刻返回超声波信号，第二点隔开一小段时间返回超声波信号，依次类推，实现机器人和各参考点之间的通信。
本发明的在区域机器人定位***及方法可以由一点拓展到三点定位，最终实现区域精确定位。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种区域机器人智能定位***，机器人包括左轮和右轮，其特征在于，包括控制左轮的左轮电机控制电路、控制右轮的右轮电机控制电路、输出控制信号给所述左轮电机控制电路和右轮电机控制电路的单片机小车控制***、单片机发射端控制***、连接于所述单片机发射端控制***和单片机小车控制***之间的超声波发送电路、超声波接收电路、无线发送模块以及无线接收模块，其中：
所述的超声波发送电路接收来自单片机发射端控制***的超声波控制信号，输出超声波信号给所述的超声波接收电路；
所述的超声波接收电路接收来自超声波发送电路的超声波信号，对该信号进行放大和整流，输出超声波信号给所述的单片机小车控制***；
所述的无线发送模块接收来自单片机小车控制***的无线信号，输出信号给所述的无线接收模块；
所述的无线接收模块接收来自无线发送模块的信号，输出无线信号给所述的单片机发射端控制***。
2.根据权利要求1所述的区域机器人智能定位***，其特征在于，所述的无线发送模块和所述的无线接收模块上还分别加设有天线。
3.一种区域机器人智能定位方法，其特征在于，通过区域机器人进行定位时，采用三点定位的方式，即通过测得被检测物体到三个参照点之间的距离，得到被测物体在区域中的位置，检测时，用超声波作为测量媒介，通过超声波进行测距。
4.根据权利要求3所述的区域机器人智能定位方法，其特征在于，通过超声波进行测距时，采取对射式测距的方法，即距离L＝(声速V*时间T)。
5.根据权利要求4所述的区域机器人智能定位方法，其特征在于，采用对射式测距的方法时，采用发射超声波信号，通过一无线装置来确立超声波发出时刻。
6.根据权利要求3所述的区域机器人智能定位方法，其特征在于，在采用三点定位的方式进行定位时，采用三点发射一点接收的方式。
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