[發(fā)明專利]基于多超聲波傳感器的自主移動機器人目標定位方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911301745.0
• 申請日: 2019-12-17
• 公開（公告）號: CN111123201B
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃志堯;王玉瑩;沈明琪;冀海峰;王保良
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學
• 主分類號: G01S5/30
• 分類號: G01S5/30
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

1.一種基于多超聲波傳感器的自主移動機器人目標定位方法，其特征在于利用兩個超聲波傳感器渡越時間的比值，以超聲波傳感器模塊中的任一超聲波傳感器測得的渡越時間作為分母，其余兩超聲波傳感器測得的渡越時間分別作為分子獲取渡越時間的比值，記為k₁，k₂；利用這兩個比值進行計算，從而獲得目標點位置。

2.一種基于自主移動機器人目標定位裝置的目標定位方法，所述的自主移動機器人目標定位裝置，包括超聲波傳感器模塊(1)和超聲波測量模塊(2)；其中，超聲波傳感器模塊(1)與超聲波測量模塊(2)相連接；

所述的超聲波傳感器模塊(1)由三個收發(fā)一體的超聲波傳感器組成，其中，1號超聲波傳感器(3)、2號超聲波傳感器(4)和3號超聲波傳感器(5)均通過導(dǎo)線與超聲波測量模塊(2)相連接；

所述的超聲波測量模塊(2)包括三個超聲波發(fā)射單元、三個超聲波接收單元、聲道選擇與切換單元、數(shù)據(jù)采集與處理單元和液晶顯示屏；其中，每個超聲波發(fā)射單元與相對應(yīng)的超聲波傳感器模塊(1)中的超聲波傳感器相連；每個超聲波接收單元與相對應(yīng)的超聲波傳感器模塊(1)中的超聲波傳感器相連；聲道選擇與切換單元與所有的超聲波發(fā)射單元和超聲波接收單元相連；聲道選擇與切換單元與數(shù)據(jù)采集與處理單元相連；數(shù)據(jù)采集與處理單元與液晶顯示屏相連；其特征在于，所述的自主移動機器人目標定位方法具體步驟如下：

1)由聲道選擇與切換單元依次選擇相應(yīng)的超聲波發(fā)射單元發(fā)射一定形式的電壓激勵信號至超聲波傳感器模塊(1)中相對應(yīng)的超聲波傳感器；

2)超聲波傳感器模塊(1)中的超聲波傳感器通過其內(nèi)部的壓電晶片將電壓激勵信號轉(zhuǎn)換成超聲信號；超聲信號向外傳輸并在遇到目標后返回，返回的信號由同一個超聲波傳感器捕捉并將超聲信號轉(zhuǎn)換成電壓回波信號后傳送至其對應(yīng)的超聲波接收單元；

3)超聲波接收單元接收到電壓回波信號后對其進行濾波放大并將數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)采集與處理單元；

4)數(shù)據(jù)采集與處理單元接收各個超聲波接收單元傳來的數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)采集和渡越時間計算，利用兩個超聲波傳感器渡越時間的比值，以超聲波傳感器模塊中的任一超聲波傳感器測得的渡越時間作為分母，其余兩超聲波傳感器測得的渡越時間分別作為分子獲取渡越時間的比值，記為k₁，k₂，利用這兩個比值進行計算，得到目標的具體位置，并將結(jié)果輸送至液晶顯示屏進行顯示。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于自主移動機器人目標定位裝置的目標定位方法，其特征在于步驟4)的具體過程為：

根據(jù)超聲波測距的基本方法，目標與超聲波傳感器之間的距離可由(1)式獲得；

式中，c_t為超聲波在空氣中的傳播速度，Δt為超聲波傳播的渡越時間；

為實現(xiàn)自主移動機器人的目標定位，采用三個超聲波傳感器來實現(xiàn)，分別為S1、S2和S3；假設(shè)S1、S2和S3的坐標分別為(-a，0)、(0，0)和(b，c)；目標與S1、S2和S3的距離分別為l₁、l₂和l₃，對應(yīng)的渡越時間分別為Δt₁、Δt₂和Δt₃；根據(jù)(1)式，可得：

采用渡越時間的比值來計算目標坐標(x，y)，選取三個渡越時間中的最大值作為分母，其余兩超聲波傳感器測得的渡越時間分別作為分子獲取渡越時間的比值，記為k₁，k₂，利用這兩個比值進行求解可得到所求目標坐標(x，y)。