[發明專利]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

• 申請號: 201911301745.0
• 申請日: 2019-12-17
• 公開（公告）號: CN111123201B
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 黃志堯;王玉瑩;沈明琪;冀海峰;王保良
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01S5/30
• 分類號: G01S5/30
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

本發明公開了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及裝置。該裝置由超聲波傳感器模塊和超聲波測量模塊組成。超聲波傳感器模塊由三個收發一體的超聲波傳感器組成，傳感器的位置不給予特殊限制，以擴大該方法的適用范圍。本發明利用三個收發一體的超聲波傳感器獲得渡越時間，通過渡越時間的比值計算得到目標位置信息，避免了環境溫度變化對超聲波定位精度的影響。本發明為基于多超聲波傳感器的自主移動機器人目標定位提供了新的借鑒，能夠通過三個收發一體的超聲波傳感器實現較高精度的定位，同時具有傳感器結構簡單、安裝靈活方便和價格低等優點。

技術領域

本發明涉及基于多超聲波傳感器的自主移動機器人目標定位技術，尤其涉及一種較高精度的自主移動機器人超聲波目標定位方法及裝置。

背景技術

隨著計算機科學、自動控制技術以及人工智能的發展，自主移動機器人已經廣泛應用于航空航天、工業、物流等領域。目標定位作為自主移動機器人技術中的關鍵技術之一，越來越受到重視。

目前，應用于自主移動機器人定位的傳感器主要包括視覺傳感器、激光傳感器、紅外傳感器以及超聲波傳感器。這些傳感器均可以在其適用環境中取得較好的定位結果，但也存在一定的缺陷。視覺傳感器在弱光條件下難以正常工作且設備較為昂貴，易損壞。激光傳感器無法實現對透明目標的測量。紅外傳感器受環境影響較大，目標顏色和周圍光線的變化都會對測量結果產生影響。與其他傳感器相比，超聲波傳感器有著低成本、低功耗以及低計算復雜性的優點，且其傳輸不受光線強弱的影響，因此，超聲波傳感器在自主移動機器人的定位中被廣泛使用。

然而，基于超聲波傳感器的定位系統存在著定位精度不高的問題。超聲波系統的定位精度主要取決于超聲波的傳播速度以及超聲波的傳輸介質。傳輸介質的溫度、壓力、密度等都會對超聲波的傳播速度造成影響，在實際應用中會產生不可忽略的測量誤差。且在諸多影響因素中，溫度是造成超聲波定位誤差的主要來源之一。因此在定位過程中，需要考慮溫度對超聲波聲速的影響。

在過去的幾十年里，為了降低溫度對超聲波定位系統定位精度的影響，國內外的研究人員進行了大量的工作。包括增加額外的溫度傳感器、設置標志桿或附加矯正過程實現溫度補償。這幾種補償方法在各自的適用環境發揮著各自的優勢，但同時也存在一定的缺陷。

最簡單的方法是在超聲波傳感器旁邊安裝一個溫度傳感器，根據溫度與聲速的對應關系，計算出真實聲速，從而實現超聲波聲速的補償。但這種方法需要附加額外的溫度傳感器，增加了系統的復雜度，且所補償的溫度為傳感器附近的點溫度并非超聲波傳播路徑上的環境溫度。附加標志桿或標志物進行溫度補償的方法可以進行環境溫度的補償，且測量成本較低，但需要預先安裝標志點，限制了該方法的適用范圍。另一種溫度補償的方法利用超聲波與計算機斷層成像技術，獲取障礙物的位置信息，但該方法需設計復雜的數學模型及昂貴的測量設備，不利于快速實時定位且測量成本較高。

因此，本發明提出了一種基于多超聲波傳感器的目標定位方法，可以在不附加額外溫度傳感器的情況下實現較高精度的定位。與傳統的直接使用渡越時間進行定位的超聲波定位方法不同，該方法利用三個超聲波傳感器渡越時間的比值，獲得目標坐標，可以避免環境溫度的變化對定位精度的影響。本發明所提出的測量方法可提高基于超聲波傳感器的自主移動機器人的定位精度，對傳感器的布局不給予特殊限制，且同時具有傳感器結構簡單、安裝靈活方便、價格低等優點。

發明內容

本發明的目的是克服在基于超聲波的自主移動機器人目標定位時存在的定位精度不高問題，提供了一種新型的較高精度的自主移動機器人超聲波定位方法及裝置。本發明主要針對超聲波傳感器發射的超聲波在空氣中傳播時易受環境溫度影響而導致定位精度不高的問題，提出了一種利用渡越時間的比值對自主移動機器人進行目標定位的方法及裝置，由此提高定位精度，具體技術方案如下：

一種基于多超聲波傳感器的自主移動機器人目標定位裝置，其特征在于包括超聲波傳感器模塊和超聲波測量模塊。其中，超聲波傳感器模塊與超聲波測量模塊相連接。