專利名稱：多智能體中兩兩之間的相對(duì)位置測(cè)量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于非接觸式測(cè)量領(lǐng)域，尤其涉及一種多智能體中兩兩之間的相對(duì)位置測(cè)量裝置及方法。
背景技術(shù)：
近些年來，隨著機(jī)器人科技的迅猛發(fā)展，一個(gè)能夠測(cè)量個(gè)體間相對(duì)位置的系統(tǒng)變得越來越重要?，F(xiàn)有位置測(cè)量所用的技術(shù)主要有紅外測(cè)距、超聲波測(cè)距、激光測(cè)距和攝像頭測(cè)距，但這些測(cè)量方法都有各自的缺點(diǎn)，紅外、超聲波和激光測(cè)距都無法對(duì)相同的個(gè)體進(jìn)行區(qū)分，測(cè)量精度也受待測(cè)個(gè)體反射表面的情況影響；而攝像頭測(cè)距對(duì)光線條件的依賴程度比較大，無法在黑暗、有煙霧等光線條件惡劣的環(huán)境中使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)在兩個(gè)個(gè)體間相對(duì)位置難以準(zhǔn)確測(cè)定的現(xiàn)狀，提供一種一種多智能體中兩兩之間的相對(duì)位置測(cè)量裝置及方法。本發(fā)明包括主處理器、協(xié)處理器、粗發(fā)射陣列、精發(fā)射陣列、無線傳輸模塊和旋轉(zhuǎn)電機(jī)，接收陣列。主處理器發(fā)出指令控制協(xié)處理器，主處理器使能接收陣列，控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)到正確的方位，控制無線通訊模塊實(shí)現(xiàn)通訊功能；協(xié)處理器將發(fā)射二極管的發(fā)射信息發(fā)送給主處理器，接收陣列被主處理器使能后，接收紅外編碼信號(hào)，并將接收的編碼信號(hào)交予主處理器處理；無線通訊模塊將接收到的信息傳輸給主處理器；旋轉(zhuǎn)電機(jī)模塊通過編碼盤將位置信號(hào)反饋給主處理器。本發(fā)明為一個(gè)中心與電機(jī)輸出軸連接的圓盤，圓盤邊緣均勻分布著多個(gè)發(fā)散角度較大的紅外信號(hào)發(fā)射二極管和發(fā)散角度較小的紅外發(fā)射二極管，多個(gè)發(fā)散角度較大的紅外信號(hào)發(fā)射二極管組成粗發(fā)射陣列，多個(gè)發(fā)散角度較小的紅外信號(hào)發(fā)送二極管組成精發(fā)射陣列，每一個(gè)紅外發(fā)射二極管均分配一個(gè)唯一編號(hào)；圓盤靠?jī)?nèi)側(cè)的地方騰空架起多個(gè)均勻分布的紅外信號(hào)接收管，組成接收陣列；圓盤上還設(shè)置有無線通訊模塊。這樣的結(jié)構(gòu)構(gòu)成了一個(gè)測(cè)量個(gè)體，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)個(gè)體集群中兩兩之間的相對(duì)位置測(cè)量。本發(fā)明的功能通過以下步驟實(shí)現(xiàn)第一個(gè)體中粗發(fā)射陣列中的每個(gè)發(fā)射二級(jí)管發(fā)射帶有本身編號(hào)的紅外編碼信號(hào)；第二個(gè)體接收到紅外編碼信號(hào)后，通過無線通訊系統(tǒng)，將編碼信號(hào)發(fā)回給第一個(gè)體；第一個(gè)體根據(jù)第二個(gè)體發(fā)回的編碼信號(hào)，確定出第二個(gè)體在第一個(gè)體哪一個(gè)紅外發(fā)射管的發(fā)射方向范圍內(nèi)；第二個(gè)體粗發(fā)射陣列中的每個(gè)發(fā)射二級(jí)管發(fā)射帶有本身編號(hào)的紅外編碼信號(hào)；第一個(gè)體接收到紅外編碼信號(hào)后，通過無線通訊系統(tǒng)，將編碼信號(hào)發(fā)回給第二個(gè)體；第二個(gè)體根據(jù)第一個(gè)體發(fā)回的編碼信號(hào)，確定出第一個(gè)體在第二個(gè)體哪一個(gè)紅外發(fā)射管的發(fā)射方向范圍內(nèi)；調(diào)整第一個(gè)體的旋轉(zhuǎn)電機(jī)以及精發(fā)射陣列紅外發(fā)射管的發(fā)射電流，在第二個(gè)體的方向范圍內(nèi)，每隔2° 8°測(cè)量出第二個(gè)體能夠接收到第一個(gè)體紅外信號(hào)時(shí)第一個(gè)體的最小發(fā)射電流，第一個(gè)體最小發(fā)射電流最小的那個(gè)方向就是第二個(gè)體相對(duì)第一個(gè)體的準(zhǔn)確方向；第一個(gè)體通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)將一個(gè)紅外接收管對(duì)準(zhǔn)第二個(gè)體的方向，第二個(gè)體通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)將精發(fā)射陣列的一個(gè)紅外發(fā)射管對(duì)準(zhǔn)第一個(gè)體的方向；調(diào)整第二個(gè)體的旋轉(zhuǎn)電機(jī)以及精發(fā)射陣列紅外發(fā)射管的發(fā)射電流，在第一個(gè)體的方向范圍內(nèi)，每隔2° 8°測(cè)出第一個(gè)體能夠接收到第二個(gè)體紅外信號(hào)時(shí)第二個(gè)體的最小發(fā)射電流。在第一個(gè)體的方向范圍內(nèi)，最小發(fā)射電流最小的那個(gè)方向就是第一個(gè)體相對(duì)第二個(gè)體的準(zhǔn)確方向。當(dāng)兩個(gè)個(gè)體都知道對(duì)方的準(zhǔn)確方向后，通過兩個(gè)個(gè)體的旋轉(zhuǎn)電機(jī)使其中一個(gè)個(gè)體的紅外發(fā)射管對(duì)準(zhǔn)另一個(gè)個(gè)體的紅外接收管，調(diào)整發(fā)射管的發(fā)射電流，使接收管恰好能正確接收發(fā)射管的紅外信號(hào)；紅外發(fā)射管的發(fā)射電流與接收管可以正確接收到紅外信號(hào)的距離為一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，知道了一個(gè)個(gè)體到另一個(gè)體的發(fā)射電流，可以通過查表的方式，得到兩個(gè)個(gè)體之間的距離。通過這樣的方法，可以測(cè)得多個(gè)個(gè)體之間任意兩個(gè)個(gè)體的相對(duì)位置。本發(fā)明有益效果本發(fā)明可以準(zhǔn)確地測(cè)量?jī)蓚€(gè)個(gè)體間的相對(duì)距離和相對(duì)方向，區(qū)分外形相同的不同個(gè)體，不受環(huán)境光線情況的影響，測(cè)量精度不受接收個(gè)體外形和材料影響。


圖I是本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)圖2是本發(fā)明的基本示意圖3是紅外發(fā)射管發(fā)射角度強(qiáng)度與接收管接收情況的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面根據(jù)附圖詳細(xì)描述本發(fā)明，本發(fā)明的目的和效果將變得更加明顯。如圖I所示，本發(fā)明包括主處理器、協(xié)處理器、粗發(fā)射陣列、精發(fā)射陣列、無線傳輸模塊和旋轉(zhuǎn)電機(jī)，接收陣列。主處理器發(fā)出指令控制協(xié)處理器，協(xié)處理器將發(fā)射二極管的發(fā)射信息發(fā)送給主處理器；主處理器使能接收陣列，控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)到正確的方位，控制無線通訊模塊實(shí)現(xiàn)通訊功能；接收陣列被主處理器使能后，接收紅外編碼信號(hào)，并將接收的編碼信號(hào)交予主處理器處理；無線通訊模塊將接收到的信息傳輸給主處理器；旋轉(zhuǎn)電機(jī)模塊通過編碼盤將位置信號(hào)反饋給主處理器。如圖2所示，al、a2、a3、a4、a5、bl、b2、b3、b4、b5號(hào)管是發(fā)射角度為±25°的紅外信號(hào)發(fā)射管，cUc2號(hào)管是發(fā)射角度為±10°的紅外信號(hào)發(fā)射管，發(fā)射管頭部的兩條線代表發(fā)射角度，每一個(gè)紅外發(fā)射二極管均分配一個(gè)唯一編號(hào)。1、2、3、4、5、6號(hào)管是紅外信號(hào)接收管。下面以兩個(gè)個(gè)體第一個(gè)體、第二個(gè)體為例進(jìn)行說明。每個(gè)個(gè)體的發(fā)射角度為±25° 的10個(gè)紅外信號(hào)發(fā)射管被分為兩組，al、a2、a3、a4、a5為一組，bl、b2、b3、b4、b5為一組,
這兩組發(fā)射管交替工作，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)二維平面的完全覆蓋。測(cè)量開始時(shí)，第一個(gè)體的al、a2、a3、a4、a5號(hào)發(fā)射管先向四周發(fā)射帶有本身編號(hào)信息的紅外信號(hào)，發(fā)射完成后，bl、b2、b3、b4、b5號(hào)發(fā)射管再向四周發(fā)射具有本身編號(hào)信息的紅外編碼；第二個(gè)體的接收管正確接收到紅外信號(hào)后，則通過無線通訊模塊將接收到的編號(hào)信息發(fā)回給第一個(gè)體，第一個(gè)體根據(jù)第二個(gè)體發(fā)回的編號(hào)信號(hào)，確定出第二個(gè)體在第一個(gè)體哪一個(gè)紅外發(fā)射管的發(fā)射方向范圍內(nèi)；這樣，第一個(gè)體這就得到了第二個(gè)體的粗略方向。之后，使用同樣的方法，第二個(gè)體也可以獲得第一個(gè)體的粗略方向。通過以上方法，假設(shè)第一個(gè)體已經(jīng)知道第二個(gè)體的方向在第一個(gè)體的al號(hào)發(fā)射管的發(fā)射范圍內(nèi)，而第二個(gè)體已經(jīng)知道第一個(gè)體的方向在第二個(gè)體的a3號(hào)發(fā)射管的發(fā)射范圍內(nèi)。這時(shí)第一個(gè)體通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度，將Cl號(hào)發(fā)射管旋轉(zhuǎn)到al號(hào)管的發(fā)射邊界X 處，第二個(gè)體通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)將3號(hào)紅外接收管旋轉(zhuǎn)到3號(hào)管的發(fā)射范圍中心Z處。然后第一個(gè)體調(diào)整Cl號(hào)發(fā)射管的發(fā)射電流，記錄下第二個(gè)體恰好可以正確接收到紅外信號(hào)的最小發(fā)射電流，之后，旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)發(fā)射管Cl從X向Y方向旋轉(zhuǎn)，每隔2° 8。都記錄下最小電流，直到al號(hào)發(fā)射管的另外一個(gè)邊界Y處。如圖3所示，紅外信號(hào)發(fā)射管發(fā)射的信號(hào)強(qiáng)度最強(qiáng)處位于正前方，向兩邊的方向依次減弱，當(dāng)發(fā)射管正對(duì)接收管時(shí)，接收管能夠正確接收到紅外信號(hào)所需的發(fā)射電流最小，當(dāng)兩者之間沒有正對(duì)時(shí)，需要加大發(fā)射電流才能使接收管正確接收到紅外信號(hào)。因此將這些電流數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，電流最小的那個(gè)方向就是第二個(gè)體準(zhǔn)確的方向。使用相同的方法，第二個(gè)體也可以測(cè)量出第一個(gè)體的準(zhǔn)確方向。當(dāng)兩個(gè)個(gè)體都測(cè)量出對(duì)方的準(zhǔn)確方向時(shí)，通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)，第一個(gè)體將紅外發(fā)射管 Cl對(duì)準(zhǔn)第二個(gè)體的方向，第二個(gè)體將紅外接收管I對(duì)準(zhǔn)第一個(gè)體的方向。調(diào)整第一個(gè)體的 Cl發(fā)射管的發(fā)射電流，使第二個(gè)體的I號(hào)接收管恰好能夠正確接收Cl的紅外信號(hào)。兩個(gè)個(gè)體之間的距離信息可以通過Cl的發(fā)射電流獲得，紅外信號(hào)的發(fā)射電流大小與接收方恰好能正確接收紅外信號(hào)的距離為一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，可以提前在測(cè)量環(huán)境中記錄一組發(fā)射電流與發(fā)射距離的數(shù)據(jù)，制成表格，這樣通過查表就可以得到兩個(gè)個(gè)體之間的距離。上述實(shí)施例用來解釋說明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.多智能體中兩兩之間的相對(duì)位置測(cè)量裝置，其特征在于該裝置包括主處理器、協(xié)處理器、粗發(fā)射陣列、精發(fā)射陣列、無線傳輸模塊和旋轉(zhuǎn)電機(jī)，接收陣列，主處理器發(fā)出指令控制協(xié)處理器，主處理器使能接收陣列，控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)到正確的方位，控制無線通訊模塊實(shí)現(xiàn)通訊功能；協(xié)處理器將發(fā)射二極管的發(fā)射信息發(fā)送給主處理器，接收陣列被主處理器使能后，接收紅外編碼信號(hào)，并將接收的編碼信號(hào)交予主處理器處理；無線通訊模塊將接收到的信息傳輸給主處理器；旋轉(zhuǎn)電機(jī)模塊通過編碼盤將位置信號(hào)反饋給主處理器，該裝置為一個(gè)中心與電機(jī)輸出軸連接的圓盤，圓盤邊緣均勻分布多個(gè)發(fā)散角度較大的紅外信號(hào)發(fā)射二極管和發(fā)散角度較小的紅外發(fā)射二極管，多個(gè)發(fā)散角度較大的紅外信號(hào)發(fā)射二極管組成粗發(fā)射陣列，多個(gè)發(fā)散角度較小的紅外信號(hào)發(fā)送二極管組成精發(fā)射陣列，每一個(gè)紅外發(fā)射二極管均分配一個(gè)唯一編號(hào)；圓盤靠?jī)?nèi)側(cè)的地方騰空架起多個(gè)均勻分布的紅外信號(hào)接收管，組成接收陣列；圓盤上還設(shè)置有無線通訊模塊，這樣的結(jié)構(gòu)構(gòu)成了一個(gè)測(cè)量個(gè)體，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)個(gè)體集群中兩兩之間的相對(duì)位置測(cè)量。
2.多智能體中兩兩之間的相對(duì)位置測(cè)量方法，其特征在于該方法具體為第一個(gè)體中粗發(fā)射陣列中的每個(gè)發(fā)射二級(jí)管發(fā)射帶有本身編號(hào)的紅外編碼信號(hào)；第二個(gè)體接收到紅外編碼信號(hào)后，通過無線通訊系統(tǒng)，將編碼信號(hào)發(fā)回給第一個(gè)體；第一個(gè)體根據(jù)第二個(gè)體發(fā)回的編碼信號(hào)，確定出第二個(gè)體在第一個(gè)體哪一個(gè)紅外發(fā)射管的發(fā)射方向范圍內(nèi)；第二個(gè)體粗發(fā)射陣列中的每個(gè)發(fā)射二級(jí)管發(fā)射帶有本身編號(hào)的紅外編碼信號(hào)；第一個(gè)體接收到紅外編碼信號(hào)后，通過無線通訊系統(tǒng)，將編碼信號(hào)發(fā)回給第二個(gè)體；第二個(gè)體根據(jù)第一個(gè)體發(fā)回的編碼信號(hào)，確定出第一個(gè)體在第二個(gè)體哪一個(gè)紅外發(fā)射管的發(fā)射方向范圍內(nèi)；調(diào)整第一個(gè)體的旋轉(zhuǎn)電機(jī)以及精發(fā)射陣列紅外發(fā)射管的發(fā)射電流，在第二個(gè)體的方向范圍內(nèi)，每隔 2° 8°測(cè)量出第二個(gè)體能夠接收到第一個(gè)體紅外信號(hào)時(shí)第一個(gè)體的最小發(fā)射電流，第一個(gè)體最小發(fā)射電流最小的那個(gè)方向就是第二個(gè)體相對(duì)第一個(gè)體的準(zhǔn)確方向；第一個(gè)體通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)將一個(gè)紅外接收管對(duì)準(zhǔn)第二個(gè)體的方向，第二個(gè)體通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)將精發(fā)射陣列的一個(gè)紅外發(fā)射管對(duì)準(zhǔn)第一個(gè)體的方向；調(diào)整第二個(gè)體的旋轉(zhuǎn)電機(jī)以及精發(fā)射陣列紅外發(fā)射管的發(fā)射電流，在第一個(gè)體的方向范圍內(nèi)，每隔2° 8°測(cè)出第一個(gè)體能夠接收到第二個(gè)體紅外信號(hào)時(shí)第二個(gè)體的最小發(fā)射電流，在第一個(gè)體的方向范圍內(nèi)，最小發(fā)射電流最小的那個(gè)方向就是第一個(gè)體相對(duì)第二個(gè)體的準(zhǔn)確方向，當(dāng)兩個(gè)個(gè)體都知道對(duì)方的準(zhǔn)確方向后， 通過兩個(gè)個(gè)體的旋轉(zhuǎn)電機(jī)使其中一個(gè)個(gè)體的紅外發(fā)射管對(duì)準(zhǔn)另一個(gè)個(gè)體的紅外接收管，調(diào)整發(fā)射管的發(fā)射電流，使接收管恰好能正確接收發(fā)射管的紅外信號(hào)；紅外發(fā)射管的發(fā)射電流與接收管可以正確接收到紅外信號(hào)的距離為一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，知道了一個(gè)個(gè)體到另一個(gè)體的發(fā)射電流，可以通過查表的方式，得到兩個(gè)個(gè)體之間的距離，通過這樣的方法，可以測(cè)得多個(gè)個(gè)體之間任意兩個(gè)個(gè)體的相對(duì)位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了多智能體中兩兩之間的相對(duì)位置測(cè)量裝置及方法，現(xiàn)有測(cè)量技術(shù)有紅外測(cè)距、超聲波測(cè)距、激光測(cè)距和攝像頭測(cè)距，這些方法都有缺點(diǎn)，紅外、超聲波和激光測(cè)距無法區(qū)分相同個(gè)體，測(cè)量精度也受待測(cè)個(gè)體反射表面情況影響；攝像頭測(cè)距無法在光線條件惡劣的環(huán)境中使用。本發(fā)明由處理器、紅外發(fā)射陣列、無線傳輸模塊、步進(jìn)電機(jī)及接受陣列組成；通過紅外信號(hào)的發(fā)射和接收實(shí)現(xiàn)兩個(gè)個(gè)體間相對(duì)距離和相對(duì)方向的測(cè)量。本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)做出了改進(jìn)，能夠區(qū)分外形相同的不同個(gè)體，不受環(huán)境光線情況的影響，測(cè)量精度不受接受個(gè)體外形和材料影響，可以準(zhǔn)確地測(cè)量出多個(gè)智能體中任意兩個(gè)個(gè)體間的相對(duì)距離和相對(duì)方向。
文檔編號(hào)G01S5/16GK102608574SQ20121007409
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月20日
發(fā)明者宮鳳明, 張思建, 顏鋼鋒 申請(qǐng)人:杭州經(jīng)緯自動(dòng)化有限公司, 浙江大學(xué)