CN105807260B - 一种基于超声传感器的动态定位***及方法 - Google Patents

一种基于超声传感器的动态定位***及方法 Download PDF

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Abstract

一种基于超声传感器的动态定位***及方法，属于信息处理技术领域。两组超声波接收模块以相同高度固连在机器人小车上；每组超声波接收模块包含两个超声波传感器，且两个超声波传感器存在安装角度；超声波发射模块由被跟随者携带；若同一组的两个超声波传感器均接收到超声波信号时，取二者的平均值作为相应超声波接收组件与超声波发射模块的距离。本发明的优点是：实现了机器人小车相对被跟随者的实时定位；定位算法高效实用；减小了定位盲区，具有较好的定位精度和较大的定位范围。

Description

一种基于超声传感器的动态定位***及方法
技术领域
本发明涉及一种基于超声传感器的动态定位***及方法，属于信息处理技术领域。
背景技术
跟随机器人可以帮助人们解决实际生活中的很多问题，比如自主跟随摄影摄像、跟随购物、跟随领路等，因此跟随机器人正成为机器人发展的一大趋势。若想实现机器人对人的跟随，必须解决的问题是机器人能够实时确定它相对被跟随者的方位，即小范围定位问题。目前，解决这一问题的主要方法有无线射频定位、双目视觉定位、超声传感器定位等，但现有解决方法均存在一些不足，比如无线射频定位易受周围电磁环境干扰，双目视觉定位易受光线强度影响、超声定位存在定位范围小定位精度差的问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足,为实现更为准确、快速的小范围定位，以实现机器人对人的动态跟随，本发明提出一种基于超声传感器的动态定位***及方法。
本发明的优点是：
1、实现了机器人小车相对被跟随者的实时定位；
2、定位算法高效实用；
3、减小了定位盲区，具有较好的定位精度和较大的定位范围。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图其中：
图1为本发明的定位结构示意图；
图2为本发明的两侧超声波传感器的安装结构示意图；
图3为本发明的同一侧超声波传感器安装结构示意图；
图4为本发明的基于四个超声波传感器的定位算法。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
具体实施方式
显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
实施例1：一种基于超声传感器的动态定位***，一个超声波发射模块D，如图1所示。
主控板固定安装在机器人车体上，用于处理超声波信号，并计算机器人小车相对被跟随者的方位。
超声波发射模块由被跟随者携带，且携带时超声波发射模块应朝向机器人小车的超声波接收模块，并在被跟随者身上保持位置不变。
两组超声波接收模块分别固连在机器人小车的两侧，并处于同一安装高度。
每组超声波接收模块由两个超声波传感器组成，用于接收超声波发射模块发出的超声波，以扩大超声波的接收范围，两侧超声波传感器的安装方式如图2、图3所示。
如图2及图3所示，两侧超声波传感器的安装距离为d，超声波的散角为ζ，假设一侧传感器安装的角度为θ，则同一侧超声波传感器的超声接受范围β，同一侧两个超声波传感器的重合角度为α，超声波临界线与水平线的夹角为γ角，即盲区。
S1为同一侧正前方的盲区。S0为两侧传感器正前方的盲区。
安装时预期达到的目标：在两侧传感器间距d确定的情况下，β角越大越好，γ角越小越好，α角接近于0，并保证同一侧传感器的散角存在交叉区域，S0、S1尽量小。假设超声波的接收散角为ζ＝50°。
经过推导，则必须保证α>0，即安装角度θ>130。
一种基于超声传感器的动态定位***，包括：一个主控板，第一超声波接收模块A、第二超声波接收模块B，以下介绍确定被跟随者与机器人小车相对位置的基本原理。
如图1所示，建立移动小车坐标系，原点位于两后轮的中心处，Y方向为前进方向，故第一超声波接收模块A、第二超声波接收模块B处传感器的坐标分别为在ΔABD中利用余弦定理可得角度∠BAD的大小，从而计算被跟随者位于移动小车坐标系中的位置，经推导可得其坐标如下式所示。
将其直角坐标转换成极坐标，如下式所示；
如果同一侧的两个超声波传感器都接收到了超声信号，取其平均值为L0(或L1)。如图2所示，从左至右超声波传感器所测的数据分别为d2、d0、d1和d3；若其中dn＝0(n＝0、1、2、3)则代表该传感器没有接收到超声波信号。
如图4所示,一种基于超声传感器的动态定位方法,含有以下步骤；
步骤一：超声波传感器开始测距。
步骤二：如果d1、d3、d2和d0都不等于零，则L0＝(d2+d0)/2,L1＝(d1+d3)/2,按照上式计算被跟随目标位于机器人小车中的位置。
步骤三：如果d2和d0不等于零，d1和d3等于零，则令L0＝(d2+d0)/2,则表明被跟随者位于机器人小车的偏左方，并令被跟随者位于移动小车坐标系中的位置x＝-S0/2,y＝(d2+d0)/2,并将其转换为极坐标。
步骤四：如果d1和d3不等于零，d2和d0等于零，则令L0＝(d1+d3)/2,则表明被跟随者位于机器人小车的偏右方，并令被跟随者位于移动小车坐标系中的位置x＝S0/2,y＝(d1+d3)/2,并将其转换为极坐标。
步骤五：如果d2(或d1)不等于0，而其余传感器的值都为零，则说明被跟随者位于机器人小车的左前方，则令L0＝d2(或d1)，ψ为钝角，且取较大值；如果d0(或d3)不等于0，而其余传感器的值都为零，则说明被跟随者位于机器人小车的右前方，则令L0＝d0(或d3)，ψ为锐角，且取较小值；
步骤六：如果d1、d3、d2和d0都等于零，则说明机器人小车无法定位被跟随者，则令L＝0，ψ＝0。
如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于超声传感器的动态定位***，其特征在于两组超声波接收模块以相同高度固连在机器人小车上；
两组超声波接收模块分别包含两个超声波传感器，且两个超声波传感器存在安装角度；
超声波发射模块由被跟随者携带；若同一组的两个超声波传感器均接收到超声波信号时，取二者的平均值作为相应超声波接收组件与超声波发射模块的距离；
超声波发射模块的主控板固定安装在机器人车体上，用于处理超声波信号，并计算机器人小车相对被跟随者的方位；
被跟随者携带的超声波发射模块，携带时超声波发射模块应朝向机器人小车的超声波接收模块，并在被跟随者身上保持位置不变；
两组超声波接收模块分别固连在机器人小车的两侧，并处于同一安装高度；
超声波接收模块用于接收超声波发射模块发出的超声波，以扩大超声波的接收范围；
建立移动小车坐标系，原点位于两后轮的中心处，Y方向为前进方向，第一组超声波接收模块、第二组超声波接收模块的坐标分别为(-d/2，0)、(d/2，0)，在ΔABD中利用余弦定理可得角度∠BAD的大小，从而计算被跟随者位于移动小车坐标系中的位置，其坐标如下式所示：
将其坐标转换成极坐标；
如果第一组超声波接收模块中的两个超声波传感器都接收到了超声信号，取其平均值为L0；如果第二组超声波接收模块中的两个超声波传感器都接收到了超声信号，取其平均值为L1；
两侧超声波传感器的安装距离为d，超声波的接收散角为ζ，假设一侧超声波传感器安装的角度为θ，则同一侧超声波传感器的超声接受范围β，同一侧两个超声波传感器的重合角度为α，超声波临界线与水平线的夹角为γ角，即盲区；S1为同一侧正前方的盲区；S0为两侧的超声波传感器正前方的盲区；
在两侧的超声波传感器间距d确定的情况下，β角越大越好，γ角越小越好，α角接近于0，并保证同一侧的超声波传感器的接收散角存在交叉区域，S0、S1尽量小；超声波的接收散角为ζ＝50°；
保证α>0，即安装角度θ>130。
2.用于权利要求1的动态定位***的动态定位方法,其特征在于含有以下步骤；
步骤一：超声波传感器开始测距；从左至右超声波传感器所测的数据分别为第三数据d2、第一数据d0、第二数据d1和第四数据d3；
步骤二：如果第二数据d1、第四数据d3、第三数据d2和第一数据d0都不等于零，则L0＝(d2+d0)/2,L1＝(d1+d3)/2,按照上式计算被跟随目标位于机器人小车中的位置；
步骤三：如果第三数据d2和第一数据d0不等于零，第二数据d1和第四数据d3等于零，则令L0＝(d2+d0)/2,则表明被跟随者位于机器人小车的偏左方，并令x＝-d/2,y＝(d2+d0)/2,并将其转换为极坐标；
步骤四：如果第二数据d1和第四数据d3不等于零，第三数据d2和第一数据d0等于零，则令L0＝(d1+d3)/2,则表明被跟随者位于机器人小车的偏右方，并令x＝d/2,y＝(d1+d3)/2并将其转换为极坐标；
步骤五：如果第三数据d2或第二数据d1不等于0，而其余的超声波传感器的值都为零，则说明被跟随者位于机器人小车的左前方，则令L0＝d2或d1，ψ为钝角，且取较大值；如果第一数据d0或第四数据d3不等于0，而其余的超声波传感器的值都为零，则说明被跟随者位于机器人小车的右前方，则令L0＝d0或d3，ψ为锐角，且取较小值；
步骤六：如果第二数据d1、第四数据d3、第三数据d2和第一数据d0都等于零，则说明机器人小车无法定位被跟随者，则令L＝0，ψ＝0。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106647730B (zh) * 2016-08-30 2019-10-29 北京九星智元科技有限公司 一种前方随行***及随行方法和智能移动平台
CN107976995B (zh) * 2016-10-24 2021-06-11 苏州宝时得电动工具有限公司 智能移动***、智能移动装置及其移动方法
US10438389B2 (en) * 2016-11-07 2019-10-08 Htc Corporation Method, device, and non-transitory computer readable storage medium for displaying virtual reality or augmented reality environment according to a viewing angle
CN106772328A (zh) * 2016-12-28 2017-05-31 孔睿雯 一种基于多轴云台的仿生蝙蝠声纳实验***装置
CN106647760A (zh) * 2016-12-30 2017-05-10 东南大学 智能购物车及智能购物方法
CN106933096B (zh) * 2017-03-14 2020-12-18 广州幻境科技有限公司 一种为第三方提供空间定位信息的自跟随机器人装置及方法
CN108267718A (zh) * 2018-01-12 2018-07-10 章永强 一种超声波近场定位装置、方法及自动跟随体
CN109307857B (zh) * 2018-11-12 2020-06-09 湖北工业大学 一种基于多传感器的自主跟随定位装置及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1289936A (zh) * 1999-09-29 2001-04-04 Vi与T集团公司 将跟随装置导向活动目标的方法和***
CN1854760A (zh) * 2005-04-21 2006-11-01 三星电子株式会社 使用超声波估计位置的方法、***和介质
CN101120293A (zh) * 2005-01-20 2008-02-06 O.M.G.股份有限公司 特别是在高尔夫球场上用于运输物体的自动驾驶车
CN201266322Y (zh) * 2008-09-27 2009-07-01 苏州大学 超声波目标定位与跟踪装置
CN203981879U (zh) * 2014-07-01 2014-12-03 华南理工大学 一种基于多个超声波探测器的障碍物检测报警装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1289936A (zh) * 1999-09-29 2001-04-04 Vi与T集团公司 将跟随装置导向活动目标的方法和***
CN101120293A (zh) * 2005-01-20 2008-02-06 O.M.G.股份有限公司 特别是在高尔夫球场上用于运输物体的自动驾驶车
CN1854760A (zh) * 2005-04-21 2006-11-01 三星电子株式会社 使用超声波估计位置的方法、***和介质
CN201266322Y (zh) * 2008-09-27 2009-07-01 苏州大学 超声波目标定位与跟踪装置
CN203981879U (zh) * 2014-07-01 2014-12-03 华南理工大学 一种基于多个超声波探测器的障碍物检测报警装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于超声测距的大范围船模室内定位***软件设计及实现;严伟诚;《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》;20151115(第11期);第I140-60页

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