[發明專利]一種較高精度可見光室內機器人定位裝置

有效

• 申請號: 201910095972.6
• 申請日: 2019-01-31
• 公開（公告）號: CN109884589B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 文尚勝;張武江;關偉鵬;李建清;全悟秀;錢姚天;劉昱鑠;林穎欣;殷軍亮;張家鑫;宋時杰
• 申請（專利權）人: 華南理工大學;廣州龍坪信息科技有限公司
• 主分類號: G01S5/16
• 分類號: G01S5/16
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

1.一種較高精度可見光室內機器人定位裝置，其特征在于，所述裝置采用基于TDOA模型的質心加權算法并引入合成標準不確定度，在給予機器人已定時間范圍內，將機器人位置精確到一個相對小的位置范圍；包括定位發射模塊、定位模塊、計算機模塊、顯示模塊、驅動模塊、電源模塊和藍牙模塊；

所述定位發射模塊設置于室內的天花板，用于發射定位信號；

所述定位模塊設置于機器人背部，與計算機模塊相連接，用于接收定位發射模塊發射的定位信號，并將定位信號轉化成參數傳輸到計算機模塊；

所述計算機模塊與藍牙模塊以及驅動模塊相連接，用于接收控制數據以及進行定位參數的運算，并將位置信息傳輸到顯示模塊；

所述顯示模塊設置于遠端而不在機器人上，用于實現人機交互；

所述驅動模塊，用于通過計算機模塊對機器人進行控制，完成運動；

所述電源模塊，用于對定位裝置中的各個模塊進行供電；

所述藍牙模塊，用于實現相關數據的傳輸以及對機器人進行遠程控制；

以機器人首先接收到信息的LED燈作為基礎燈，其他燈作為輔助燈；以基礎燈為對照，其他3個LED燈確定三條單邊雙曲線，求得三個交點，再采用質心加權算法獲得機器人較為精確的位置坐標；室內機器人位置坐標(x,y,z)的求解公式為：

Δd_i＝d_i-d₀；(i＝1,2,3) (3)

Δd_i＝C·Δt_i；(i＝1,2,3) (4)

其中，(x,y,z)表示機器人位置坐標，(x_i,y_i,z_i)表示4個LED燈的位置坐標，i＝0時表示基礎燈，i＝1,2,3時表示輔助燈，d₀表示基礎燈與機器人的距離，d_i表示輔助燈與機器人的距離，Δd_i表示輔助燈與基礎燈到機器人位置的距離差，C表示可見光在空氣中的傳播速度，為一確定常數，C＝299792458m/s，Δt_i表示不同輔助燈與基礎燈發送信息被機器人接收到的時間差；

所述合成標準不確定度由A類分量和B類分量組成，對于任意組時間差Δt_i(i＝1,2,3)由以下公式確定：

其中，τ₁,τ₂,τ₃,…τ_n表示機器人在1·S時間內連續測定的n組時間差數據，u_A表示由標準偏差確定的A類分量，u_B表示由機器人測定時間的儀器誤差確定的B類分量，ε表示儀器的誤差，其值出廠時已標定，f為一個大于1且與誤差分布特性有關的系數，該時間測量所需精度較高，其誤差概率密度函數應遵從均勻分布，則u為由A類分量和B類分量確定的合成標準不確定度；

任一組時間差Δt_i表示為：

2.根據權利要求1所述的一種較高精度可見 光室內機器人定位裝置，其特征在于，所述定位模塊通過單片機或STM32與計算機模塊相連接；所述顯示模塊包括任何形式的顯示器；所述驅動模塊包括電機和電機驅動。

3.根據權利要求1所述的一種較高精度可見光室內機器人定位裝置，其特征在于，所述定位發射模塊中，采用4個LED燈發射定位信號，所述LED燈的朝向可隨移動機器人的位置而改變。

4.根據權利要求3所述的一種較高精度可見光室內機器人定位裝置，其特征在于，所述LED燈基于TDOA原理進行定位；在定位開始前，對LED燈位置進行測算并固定，保持坐標不變，每個LED燈每隔一段時間發射一個脈沖信號；所述脈沖信號的頻率應遠大于機器人的移動頻率，一般為高于10⁶倍。

5.根據權利要求1所述的一種較高精度可見光室內機器人定位裝置，其特征在于，為了減少誤差，在時間差測量時引入合成標準不確定度。

6.根據權利要求1所述的一種較高精度可見光室內機器人定位裝置，其特征在于，計算機模塊在獲取機器人當前的室內位置(x,y,z)后，會隨機器人位置移動實時更新儲存機器人的位置信息。