[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

本發明公開了一種較高精度可見光室內機器人定位裝置，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；定位發射模塊用于發射定位信號；所述定位模塊設置于機器人背部，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；計算機模塊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；顯示模塊用于實現人機交互；驅動模塊用于通過計算機模塊對機器人進行控制；電源模塊用于對定位裝置中的各個模塊進行供電；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。本發明能夠有效地提高定位精度，減小定位誤差。

技術領域

本發明涉及定位導航領域，尤其涉及一種較高精度可見光室內機器人定位裝置。

背景技術

近年來，隨著社會經濟的快速發展，人們對智能機器人的研究越發活躍和深入，然而機器人的導航、定位是影響機器人性能的主要因素，因此尋找一種精確度高、成本低、可應對復雜環境的室內導航系統是解決問題的核心所在。在現有技術中，超聲波定位技術的核心結構簡易且可實現高精度定位，但因其需要大量基礎硬件設施而導致成本較高。其次，利用WiFi、藍牙進行定位，其精度易受信源強度影響，即定位精度隨其信號衰減而降低。而RFID室內定位技術不具有通信能力，抗干擾能力較差，技術融洽性差，難以與其他復雜系統整合。此外，RFID技術的用戶安全隱私保障和國際標準都不夠完善。而可見光通信定位在能量損耗、安全性、經濟適用性上比其他室內定位技術有優勢，被認為是目前室內定位技術的最優選擇。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種較高精度可見光室內機器人定位裝置。本發明能夠在三維空間坐標模型下，盡可能使接收平面上所有位置都被光照覆蓋，并且可以通過對機器人接收可見光脈沖信號的時間差優化來實現更高精度的機器人定位。

本發明的目的能夠通過以下技術方案實現：

一種較高精度可見光室內機器人定位裝置，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，使用單片機或STM32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；

所述顯示模塊包括任何形式的顯示器，設置于遠端而不在機器人上，用于實現人機交互；

所述驅動模塊包括電機和電機驅動，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。

具體地，當LED燈的數量少于4個時，定位結果不準確；當LED燈的數量多于4個時，定位精度并沒有明顯提高。因此，在所述定位發射模塊中，采用4個LED燈發射定位信號，LED燈的朝向可隨移動機器人的位置而改變。

更進一步地，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。時間長度反應的是信號發射端與中轉端的距離，即信號發射的時間間隔與距離成正比，因此發射脈沖信號的時間間隔可根據具體情況進行設定，但是要實現實時定位，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。

具體地，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燈能夠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：