專利名稱：基于超聲波技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)定位方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三維定位技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種利用超聲波技術(shù)進(jìn)行定位的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的定位方法有多種，例如磁帶導(dǎo)引方法，采用磁帶確定行駛路徑，通過(guò)車體上的磁性傳感器檢測(cè)信號(hào)以確定車輛的行駛方向，雖然其路徑比較容易改變或擴(kuò)充；但是容易受環(huán)路周圍金屬物質(zhì)的干擾，磁帶易被污染，導(dǎo)引的可靠性較差。激光導(dǎo)引法，AGV(Automated Guided Vehicle)自動(dòng)引導(dǎo)運(yùn)輸車實(shí)時(shí)接收四周固定設(shè)置的反射鏡片反射過(guò)來(lái)的激光信號(hào)，通過(guò)連續(xù)的三角幾何運(yùn)算來(lái)確定AGV的當(dāng)前位置，引導(dǎo)AGV沿規(guī)定的路徑行駛，其定位精度高；適合多種環(huán)境；適應(yīng)復(fù)雜路徑和狹窄通道。但是系統(tǒng)成本較高；掃描頭需較高位置，對(duì)于室內(nèi)用的工業(yè)廠房使用不大可能。較常見(jiàn)GPS引導(dǎo)法，通過(guò)全球定位系統(tǒng)對(duì)非固定路面系統(tǒng)中的控制對(duì)象進(jìn)行跟蹤和制導(dǎo)，其比較適合室外遠(yuǎn)距離的跟蹤和制導(dǎo)，但是精度取決于GPS的精度及控制對(duì)象周圍環(huán)境等因素；如果放到室內(nèi)定位，其容易受到其他干擾波的影響。上述的各種方法均在各自的優(yōu)缺點(diǎn)，但是均不適合應(yīng)用到室內(nèi)進(jìn)行定位，對(duì)于工業(yè)領(lǐng)域的室內(nèi)，機(jī)器設(shè)備多，房屋建筑面積和高度有限，因此產(chǎn)生的干擾較多，而隨著工業(yè)化的發(fā)展，機(jī)械化的操作也越來(lái)越多，對(duì)于一些危險(xiǎn)性大的操作，最佳的解決方式是使用工業(yè)機(jī)器人，并且實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人自行運(yùn)行而無(wú)需人工操作。因此采用何種方式實(shí)現(xiàn)成本低，定位準(zhǔn)的室內(nèi)定位方式成為大家研究的重點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種成本低，定位準(zhǔn)的基于超聲波技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)定位方法及系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的基于超聲波技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)定位方法，包括根據(jù)預(yù)定的發(fā)射周期發(fā)射超聲波定位信號(hào)，所述定位信號(hào)包括超聲波載波和紅外載波同步信號(hào)，其中紅外載波同步信號(hào)包括預(yù)設(shè)的機(jī)器人ID以及啟動(dòng)時(shí)間；接收所述紅外載波同步信號(hào)，根據(jù)所述紅外載波同步信號(hào)獲取同步時(shí)間；接收所述超聲波載波，根據(jù)所述超聲波載波獲取定位時(shí)間；將所述同步時(shí)間、所述機(jī)器人ID、所述定位時(shí)間以及預(yù)設(shè)的接收端ID進(jìn)行封裝獲得數(shù)據(jù)包，將所述數(shù)據(jù)包傳輸至上位機(jī)，傳輸完成后恢復(fù)到初始等待狀態(tài)；根據(jù)同步時(shí)間選取同一機(jī)器人至少三組來(lái)自不同接收端的數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝獲得封裝包；解析所述封裝包，并根據(jù)封裝包中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算后獲得每組對(duì)應(yīng)的接收端空間坐標(biāo)；
根據(jù)每組所述機(jī)器人ID、所述定位時(shí)間以及接收端ID以及所述接收端空間坐標(biāo)計(jì)算獲得機(jī)器人空間坐標(biāo)。優(yōu)選的，此方法還包括將空間坐標(biāo)發(fā)送至地圖控制系統(tǒng)，并在地圖控制系統(tǒng)相應(yīng)處顯示空間坐標(biāo)位置。優(yōu)選的，所述發(fā)射周期為30ms_50ms。優(yōu)選的，所述接收所述超聲波載波，根據(jù)所述超聲波載波獲取定位時(shí)間的步驟之前還設(shè)有對(duì)超聲波載波進(jìn)行濾波?；诔暡夹g(shù)的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)定位系統(tǒng)，包括紅外發(fā)射器，用于根據(jù)預(yù)定的發(fā)射周期發(fā)射紅外載波同步信號(hào)，其中紅外載波同步信號(hào)包括預(yù)設(shè)的機(jī)器人ID以及啟動(dòng)時(shí)間；超聲波發(fā)生器，用于根據(jù)預(yù)定的發(fā)射周期發(fā)射超聲波載波，且超聲波載波與紅外載波同步信號(hào)同步發(fā)射；紅外接收傳感器，用于接收所述紅外載波同步信號(hào)，根據(jù)所述紅外載波同步信號(hào)獲取同步時(shí)間；超聲波接收傳感器，用于接收所述超聲波載波，根據(jù)所述超聲波載波獲取定位時(shí)間；第一處理器，用于將所述同步時(shí)間、所述機(jī)器人ID、所述定位時(shí)間以及預(yù)設(shè)的接收端ID進(jìn)行封裝獲得數(shù)據(jù)包，將所述數(shù)據(jù)包傳輸至上位機(jī)，傳輸完成后恢復(fù)到初始等待狀態(tài)；上位機(jī)，用于根據(jù)同步時(shí)間選取同一機(jī)器人至少三組來(lái)自不同接收端的數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝獲得封裝包；后臺(tái)控制系統(tǒng)，解析所述封裝包，并根據(jù)封裝包中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算后獲得每組對(duì)應(yīng)的接收端空間坐標(biāo)；第二處理器，用于根據(jù)每組所述機(jī)器人ID、所述定位時(shí)間以及接收端ID以及所述接收端空間坐標(biāo)計(jì)算獲得機(jī)器人空間坐標(biāo)。優(yōu)選的，還包括數(shù)字地圖中央平臺(tái)，用于根據(jù)所述機(jī)器人空間坐標(biāo)可視化的顯示器其在地圖上的空間坐標(biāo)位置。優(yōu)選的，所述紅外發(fā)射器，所述超聲波發(fā)生器以及所述第二處理器固定于工業(yè)機(jī)器人上。優(yōu)選的，所述紅外接收傳感器，超聲波接收傳感器以及第一處理器構(gòu)成接收端；所述接收端設(shè)有多個(gè)，且多個(gè)所述接收端呈撲結(jié)構(gòu)排布。本發(fā)明的技術(shù)方案，首先通過(guò)紅外信號(hào)啟動(dòng)接收端，且接收端設(shè)有多個(gè)，而發(fā)射端只有一個(gè)，并且接收端與發(fā)射端發(fā)送的信號(hào)均包括其對(duì)應(yīng)的識(shí)別編碼；使得獲取信息時(shí)，針對(duì)同一個(gè)機(jī)器人發(fā)射出的信號(hào)，不同接收端接收后反饋的信號(hào)均可以通過(guò)識(shí)別編碼即機(jī)器人ID以及接收端ID進(jìn)行識(shí)別，因此不會(huì)造成信息的混亂；適用于同時(shí)多臺(tái)機(jī)器人操作運(yùn)行而不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤定位。并且本發(fā)明中將發(fā)射端設(shè)置在機(jī)器人端，而接收端則可以設(shè)置在天花板或者墻壁上，因此可以縮短信號(hào)來(lái)回傳送的時(shí)間，更加精準(zhǔn)的獲得機(jī)器人的空間坐標(biāo)。且接收端的數(shù)量較多，作為靜態(tài)接收裝置，相比于發(fā)射端至于天花板上，接收端至于機(jī)器人上而言成本大大降低。


為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明計(jì)算空間坐標(biāo)時(shí)的坐標(biāo)示意圖；圖2為本發(fā)明超聲波波速與溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系表；圖3為基于超聲波技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)定位方法的流程圖；圖4為基于超聲波技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。請(qǐng)參見(jiàn)附圖3，基于超聲波技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)定位方法，包括根據(jù)預(yù)定的發(fā)射周期發(fā)射超聲波定位信號(hào)，所述定位信號(hào)包括超聲波載波和紅外載波同步信號(hào)，其中紅外載波同步信號(hào)包括預(yù)設(shè)的機(jī)器人ID以及啟動(dòng)時(shí)間(步驟I);接收所述紅外載波同步信號(hào)，根據(jù)所述紅外載波同步信號(hào)獲取同步時(shí)間(步驟2);接收所述超聲波載波，根據(jù)所述超聲波載波獲取定位時(shí)間(步驟3);將所述同步時(shí)間、所述機(jī)器人ID、所述定位時(shí)間以及預(yù)設(shè)的接收端ID進(jìn)行封裝獲得數(shù)據(jù)包，將所述數(shù)據(jù)包傳輸至上位機(jī)，傳輸完成后恢復(fù)到初始等待狀態(tài)(步驟4);根據(jù)同步時(shí)間選取同一機(jī)器人至少三組來(lái)自不同接收端的數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝獲得封裝包(步驟5);解析所述封裝包，并根據(jù)封裝包中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算后獲得每組對(duì)應(yīng)的接收端空間坐標(biāo)(步驟6);根據(jù)每組所述機(jī)器人ID、所述定位時(shí)間以及接收端ID以及所述接收端空間坐標(biāo)計(jì)算獲得機(jī)器人空間坐標(biāo)(步驟7)。下面將詳細(xì)介紹本發(fā)明的各個(gè)步驟的具體執(zhí)行方案的最優(yōu)選方案，當(dāng)然不排除可以通過(guò)其他方式實(shí)現(xiàn)每一步驟，但均屬于本發(fā)明所公開(kāi)的方案范疇。在執(zhí)行步驟I時(shí)，在一個(gè)空間中，存在多臺(tái)機(jī)器人同時(shí)實(shí)用，而要進(jìn)行無(wú)人駕駛，為了使信號(hào)傳遞過(guò)程中不造成混亂，因此對(duì)每一個(gè)機(jī)器人都進(jìn)行編碼，即每一個(gè)機(jī)器人ID都不同；預(yù)定的發(fā)射周期最佳的為30ms-50ms ;當(dāng)然此時(shí)間間隔可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整；超聲波載波和紅外載波同步發(fā)射信號(hào)。在執(zhí)行步驟2時(shí)，紅外線的速度是光速，紅外載波同步信號(hào)快于超聲波載波達(dá)到，獲得同步時(shí)間T0。在執(zhí)行步驟3時(shí)，接收所述超聲波載波，根據(jù)所述超聲波載波獲取定位時(shí)間T，T是從發(fā)射端開(kāi)始發(fā)射超聲波到接受端接收到超聲波的時(shí)間。在執(zhí)行步驟4時(shí)，由于需要采用至少三點(diǎn)定位，因此接收端有多個(gè)，因此為而來(lái)將來(lái)自不同的接收端的信號(hào)分辨出來(lái)，同樣的，接收端也將預(yù)設(shè)不同的固定的ID，接收端ID可以包括區(qū)間編號(hào)以及接收器編號(hào)，例如I區(qū)為001接收器，則可表示為1#001 ;因此每個(gè)數(shù)據(jù)包將包括同步時(shí)間TO+定時(shí)時(shí)間T+機(jī)器人ID+接收端ID ;接收端封包后通過(guò)串口總線傳輸至上位機(jī)，且為了不影響下一個(gè)設(shè)備傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，在傳輸完成后，恢復(fù)到初始等待狀態(tài)即馬上進(jìn)行清零。在執(zhí)行步驟5時(shí)，上位機(jī)根據(jù)傳輸過(guò)來(lái)的同步時(shí)間TO和機(jī)器人ID選擇至少3組來(lái)自不同接收端的數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝；當(dāng)然為了減少偏差，還可以選擇四組數(shù)據(jù)，第四組數(shù)據(jù)用于糾正偏差。在執(zhí)行步驟6時(shí)，解析的過(guò)程為分包后者解包的過(guò)程，然后根據(jù)包中接收端ID獲取對(duì)應(yīng)的接收端空間坐標(biāo)，然后按照機(jī)器人的ID在此封裝一個(gè)完整的數(shù)據(jù)包發(fā)送給機(jī)器人；在執(zhí)行步驟7時(shí)，通過(guò)三點(diǎn)定位四點(diǎn)消差的計(jì)算方法來(lái)計(jì)算機(jī)器人空間坐標(biāo)，根據(jù)接收端的物理空間坐標(biāo)(x，y，z)與超聲波的定時(shí)時(shí)間T可由下列公式計(jì)算得到目標(biāo)物的實(shí)際坐標(biāo)。例如，請(qǐng)參加附圖1。在廠房?jī)?nèi)建立坐標(biāo)系，以0點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，超聲波一個(gè)區(qū)間的接收端模塊坐標(biāo)點(diǎn)分別為 A(xl, yl, zl)、B(x2, y2, z2)、C(x3, y3, z3)、D(x4, y4, z4) ；x0 (x, y, z)點(diǎn)為移動(dòng)物體坐標(biāo)點(diǎn)(即為發(fā)射端)，接收電路模塊處于同一平面內(nèi)，采用三點(diǎn)定位四點(diǎn)消差(誤差)的辦法來(lái)精確的運(yùn)動(dòng)物體的坐標(biāo)；200C (廠房中有個(gè)溫度傳感器可以對(duì)不同溫度下的速率進(jìn)行調(diào)整)下超聲波的速率是V=344m/s (米/秒)，x0端到各接受端的定時(shí)時(shí)間為:11，t2，t3，t4則距離為S1=V^tl, S2=V*t2, Ss=V*t3, S4=V*t4
按照系統(tǒng)坐標(biāo)系可得出移動(dòng)物體的空間坐標(biāo):(xl_x)2+ (yl-y)2+ (zl_z) ^S12(x2_x)2+ (y2_y)2+ (z2_z) 2=S22 (I) (x3_x)2+ (y3-y)2+ (z3_z) 2=S32(xl-x)2+ (yl-y)2+ (zl_z) ^S12(x2_x)2+ (y2_y)2+ (z2_z) 2=S22 (2)(x4_x)2+ (y4-y)2+ (z4_z) 2=S42(xl-x)2+ (yl-y)2+ (zl_z) ^S12(x3~x)2+ (y3-y)2+ (z3~z) 2=S32 (3)(x4_x)2+ (y4-y)2+ (z4_z) 2=S42(x2_x)2+ (y2_y)2+ (z2_z) ^S12(x3~x)2+ (y3-y)2+ (z3~z) 2=S32 (4)(x4_x)2+ (y4-y)2+ (z4_z) 2=S42通過(guò)(I)、⑵、(3)、(4)四組方程可分別求得移動(dòng)物體的4組空間坐標(biāo)(x，y，z),最后4組空間坐標(biāo)來(lái)求均值得出移動(dòng)物體空間坐標(biāo)的近似值，以最大可能減少移動(dòng)物坐標(biāo)誤差。其中，由于室內(nèi)的溫度會(huì)影響超聲波波速，例如20°C的波速為344m/S，30°C時(shí)為349m/s，其具體對(duì)照值請(qǐng)參加附圖2。根據(jù)此方法可最終精確的得到被測(cè)物的位置信息，且精確度可以達(dá)到毫米計(jì)。在此需要說(shuō)明的是，完整的數(shù)據(jù)包一般包括所述機(jī)器人ID、所述定位時(shí)間以及接收端ID以及所述接收端空間坐標(biāo)；例如完整數(shù)據(jù)包格式機(jī)器人ID+(接收端idl#001+坐標(biāo)Cl#001+定時(shí)時(shí)間T1&接收端idl#002+坐標(biāo)Cl#002+定時(shí)時(shí)間T2&接收端idl#003+坐標(biāo)Cl#003+定時(shí)時(shí)間T3。因?yàn)橥綍r(shí)間主要用在上位機(jī)收集三組同一臺(tái)機(jī)器人的不同數(shù)據(jù)包幫助判斷，而收齊完后則不再使用，因此最終計(jì)算時(shí)可以舍棄掉，但是，不代表完整數(shù)據(jù)包僅僅只能包含這些數(shù)據(jù)，其也可以根據(jù)需要增加其他的數(shù)據(jù)同時(shí)封裝發(fā)送。優(yōu)選的，此方法還包括將空間坐標(biāo)發(fā)送至地圖控制系統(tǒng)，并在地圖控制系統(tǒng)相應(yīng)處顯示空間坐標(biāo)位置，通過(guò)空間坐標(biāo)的顯示展示給這樣操作人員就明顯的觀察所有設(shè)備所在的運(yùn)動(dòng)區(qū)，如果那個(gè)設(shè)備出了問(wèn)題，也可以及時(shí)去那個(gè)區(qū)的找設(shè)備，因此其主要作用可視化的顯示運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人，同時(shí)操作人員也可對(duì)機(jī)器人發(fā)送控制指令。優(yōu)選的，由于超聲波容易受到室內(nèi)溫度以及噪音等影響，因此所述接收所述超聲波載波，根據(jù)所述超聲波載波獲取定位時(shí)間的步驟之前還設(shè)有對(duì)超聲波載波進(jìn)行濾波。它是對(duì)接收到的超聲波中的短波、損波進(jìn)行過(guò)濾，那個(gè)時(shí)間段內(nèi)；比如是在后臺(tái)收集到10組同一個(gè)機(jī)器人發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)包，對(duì)它進(jìn)行均值，采用隊(duì)列中先進(jìn)先進(jìn)，后來(lái)的補(bǔ)上的方式，本步驟的目的就是提高超聲波定位的準(zhǔn)確性。為了更加直觀、深入的了解本發(fā)明，本發(fā)明還提供了與上述犯法對(duì)應(yīng)的基于超聲波技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)定位系統(tǒng)，請(qǐng)參照附圖4包括紅外發(fā)射器，用于根據(jù)預(yù)定的發(fā)射周期發(fā)射紅外載波同步信號(hào)，其中紅外載波同步信號(hào)包括預(yù)設(shè)的機(jī)器人ID以及啟動(dòng)時(shí)間；超聲波發(fā)生器，用于根據(jù)預(yù)定的發(fā)射周期發(fā)射超聲波載波，且超聲波載波與紅外載波同步信號(hào)同步發(fā)射；紅外接收傳感器，用于接收所述紅外載波同步信號(hào)，根據(jù)所述紅外載波同步信號(hào)獲取同步時(shí)間；超聲波接收傳感器，用于接收所述超聲波載波，根據(jù)所述超聲波載波獲取定位時(shí)間；第一處理器，用于將所述同步時(shí)間、所述機(jī)器人ID、所述定位時(shí)間以及預(yù)設(shè)的接收端ID進(jìn)行封裝獲得數(shù)據(jù)包，將所述數(shù)據(jù)包傳輸至上位機(jī)，傳輸完成后恢復(fù)到初始等待狀態(tài)；上位機(jī)，用于根據(jù)同步時(shí)間選取同一機(jī)器人至少三組來(lái)自不同接收端的數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝獲得封裝包；后臺(tái)控制系統(tǒng)，解析所述封裝包，并根據(jù)封裝包中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算后獲得每組對(duì)應(yīng)的接收端空間坐標(biāo)；第二處理器，用于根據(jù)每組所述機(jī)器人ID、所述定位時(shí)間以及接收端ID以及所述接收端空間坐標(biāo)計(jì)算獲得機(jī)器人空間坐標(biāo)。其中，優(yōu)選的，所述紅外發(fā)射器，所述超聲波發(fā)生器以及所述第二處理器固定于工業(yè)機(jī)器人上。其中，優(yōu)選的，所述紅外接收傳感器，超聲波接收傳感器以及第一處理器構(gòu)成接收端；所述接收端設(shè)有多個(gè)，且多個(gè)所述接收端呈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)排布。呈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的排布可以消除盲區(qū)，同時(shí)還可以通過(guò)在室內(nèi)增加溫度傳感器來(lái)調(diào)整超聲波速率進(jìn)一步消除盲區(qū)，增加數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。第二處理器中攜帶有根據(jù)廠區(qū)實(shí)際情況而預(yù)設(shè)好的地圖信息以及需要行走的軌道信息，從而用于指揮自我導(dǎo)航和下一步行動(dòng)的目的地，在計(jì)算獲得了機(jī)器人空間坐標(biāo)后用于自主導(dǎo)航，同時(shí)優(yōu)選的，本系統(tǒng)還包括數(shù)字地圖中央平臺(tái)，用于根據(jù)所述機(jī)器人空間坐標(biāo)可視化的顯示器其在地圖上的空間坐標(biāo)位置。預(yù)設(shè)的地圖需要根據(jù)實(shí)際的廠區(qū)情況進(jìn)行設(shè)定，且可以選擇將坐標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn)選擇為三角位置，即角落位置，從而使后面的位置信息參照時(shí)更為精準(zhǔn)。優(yōu)選的，下面將整個(gè)系統(tǒng)的工作過(guò)程作具體說(shuō)明，以便于更加清楚的了解本發(fā)明技術(shù)方案。但是完成本發(fā)明的技術(shù)方案的執(zhí)行系統(tǒng)并非只有下述一種，以下舉例為最佳實(shí)施例。因超聲波的傳播速率影響，適用于慢速移動(dòng)物體的準(zhǔn)確定位。定位精確至毫米級(jí)，由于超聲波受到環(huán)境的影響，所以在實(shí)際運(yùn)用中要考慮環(huán)境因素，在室內(nèi)物體運(yùn)動(dòng)道路的上方(天花板)合理位置部署聲波接收端，以保證能覆蓋到發(fā)射端的發(fā)射信號(hào)。機(jī)器人啟動(dòng)時(shí)通過(guò)超聲波發(fā)射端開(kāi)始發(fā)送定位信號(hào)，超聲波發(fā)生器發(fā)射超聲波載波，紅外發(fā)射器發(fā)射紅外載波的同步信息，其包括機(jī)器人ID和啟動(dòng)時(shí)間。紅外接收傳感器收到紅外載波同步信號(hào)后，獲取一個(gè)同步時(shí)間T0，啟動(dòng)超聲波接收器準(zhǔn)備接受超聲波載波，超聲波接收傳感器收到超聲載波后獲取一個(gè)定時(shí)時(shí)間T，超聲波每個(gè)接收端都有一個(gè)固定ID，包括區(qū)間編號(hào)+接收器編號(hào)，例如I區(qū)001接收器可表示為1#001 ;形成包含有同步時(shí)間TO+定時(shí)時(shí)間T+機(jī)器人ID+接收端ID的數(shù)據(jù)信息；接收端將數(shù)據(jù)信息封包形成數(shù)據(jù)包立即通過(guò)串口總線傳輸?shù)缴衔粰C(jī)；接收端傳輸完數(shù)據(jù)包后，將接收端數(shù)據(jù)清零，回到等待狀態(tài)。上位機(jī)根據(jù)傳過(guò)來(lái)的同步時(shí)間TO和設(shè)備ID選擇至少3組不同接收端ID的數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝后獲得封裝包通過(guò)WIFI傳輸?shù)胶笈_(tái)控制系統(tǒng)，后臺(tái)控制系統(tǒng)對(duì)發(fā)過(guò)來(lái)的封裝包解析，根據(jù)封裝包中的接收端ID獲取對(duì)應(yīng)的接收端的空間坐標(biāo)，按照機(jī)器人ID再次封裝一個(gè)完整的數(shù)據(jù)包實(shí)時(shí)發(fā)送給對(duì)應(yīng)的機(jī)器人，其中后臺(tái)控制系統(tǒng)與上述方式步驟中所概述的中央數(shù)字地圖控制平臺(tái)相關(guān)聯(lián)；在此需要說(shuō)明的是，本發(fā)明中提及的機(jī)器人是指可以通過(guò)后臺(tái)控制的智能設(shè)備，如AGV小車或者其他的只能設(shè)備。第二處理器可以為ARM處理器即微處理器調(diào)用三點(diǎn)定位四點(diǎn)消差的算法來(lái)計(jì)算機(jī)器人空間坐標(biāo)，其算法在前述方法實(shí)施例中已經(jīng)闡述，因此再此不再重復(fù)，或者了機(jī)器人空間坐標(biāo)即完成一個(gè)周期；這個(gè)周期從發(fā)射到完成形成了一個(gè)閉環(huán)，發(fā)射端每隔30ms飛Oms便發(fā)射一次載波；在這段時(shí)間內(nèi)完成這個(gè)閉環(huán)，很大程度上提高了對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的定位。本發(fā)明技術(shù)方案通過(guò)紅外信號(hào)啟動(dòng)接收端，且接收端設(shè)有多個(gè)，而發(fā)射端只有一個(gè)，并且接收端與發(fā)射端發(fā)送的信號(hào)均包括其對(duì)應(yīng)的識(shí)別編碼；使得獲取信息時(shí)，針對(duì)同一個(gè)機(jī)器人發(fā)射出的信號(hào)，不同接收端接收后反饋的信號(hào)均可以通過(guò)識(shí)別編碼即機(jī)器人ID以及接收端ID進(jìn)行識(shí)別，因此不會(huì)造成信息的混亂；適用于同時(shí)多臺(tái)機(jī)器人操作運(yùn)行而不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤定位。并且本發(fā)明中將發(fā)射端設(shè)置在機(jī)器人端，而接收端則可以設(shè)置在天花板或者墻壁上，因此可以縮短信號(hào)來(lái)回傳送的時(shí)間，更加精準(zhǔn)的獲得機(jī)器人的空間坐標(biāo)。且接收端的數(shù)量較多，作為靜態(tài)接收裝置，相比于發(fā)射端至于天花板上，接收端至于機(jī)器人上而言成本大大降低。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.基于超聲波技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)定位方法，其特征在于，包括: 根據(jù)預(yù)定的發(fā)射周期發(fā)射超聲波定位信號(hào)，所述定位信號(hào)包括:超聲波載波和紅外載波同步信號(hào)，其中紅外載波同步信號(hào)包括預(yù)設(shè)的機(jī)器人ID以及啟動(dòng)時(shí)間； 接收所述紅外載波同步信號(hào)，根據(jù)所述紅外載波同步信號(hào)獲取同步時(shí)間； 接收所述超聲波載波，根據(jù)所述超聲波載波獲取定位時(shí)間； 將所述同步時(shí)間、所述機(jī)器人ID、所述定位時(shí)間以及預(yù)設(shè)的接收端ID進(jìn)行封裝獲得數(shù)據(jù)包，將所述數(shù)據(jù)包傳輸至上位機(jī)，傳輸完成后恢復(fù)到初始等待狀態(tài)； 根據(jù)同步時(shí)間選取同一機(jī)器人至少三組來(lái)自不同接收端的數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝獲得封裝包； 解析所述封裝包，并根據(jù)封裝包中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算后獲得每組對(duì)應(yīng)的接收端空間坐標(biāo)； 根據(jù)每組所述機(jī)器人ID、所述定位時(shí)間以及接收端ID以及所述接收端空間坐標(biāo)計(jì)算獲得機(jī)器人空間坐標(biāo)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于超聲波技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)定位方法，其特征在于，此方法還包括:將空間坐標(biāo)發(fā)送至地圖控制系統(tǒng)，并在地圖控制系統(tǒng)相應(yīng)處顯示空間坐標(biāo)位置。
3.如權(quán)利要求1或2所述的基于超聲波技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)定位方法，其特征在于，所述發(fā)射周期為30ms-50ms。
4.如權(quán)利要求1或2 所述的基于超聲波技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)定位方法，其特征在于，所述接收所述超聲波載波，根據(jù)所述超聲波載波獲取定位時(shí)間的步驟之前還設(shè)有對(duì)超聲波載波進(jìn)行濾波。
5.基于超聲波技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)定位系統(tǒng)，其特征在于，包括: 紅外發(fā)射器，用于根據(jù)預(yù)定的發(fā)射周期發(fā)射紅外載波同步信號(hào)，其中紅外載波同步信號(hào)包括預(yù)設(shè)的機(jī)器人ID以及啟動(dòng)時(shí)間； 超聲波發(fā)生器，用于根據(jù)預(yù)定的發(fā)射周期發(fā)射超聲波載波，且超聲波載波與紅外載波同步信號(hào)同步發(fā)射； 紅外接收傳感器，用于接收所述紅外載波同步信號(hào)，根據(jù)所述紅外載波同步信號(hào)獲取同步時(shí)間； 超聲波接收傳感器，用于接收所述超聲波載波，根據(jù)所述超聲波載波獲取定位時(shí)間；第一處理器，用于將所述同步時(shí)間、所述機(jī)器人ID、所述定位時(shí)間以及預(yù)設(shè)的接收端ID進(jìn)行封裝獲得數(shù)據(jù)包，將所述數(shù)據(jù)包傳輸至上位機(jī)，傳輸完成后恢復(fù)到初始等待狀態(tài)；上位機(jī)，用于根據(jù)同步時(shí)間選取同一機(jī)器人至少三組來(lái)自不同接收端的數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝獲得封裝包； 后臺(tái)控制系統(tǒng)，解析所述封裝包，并根據(jù)封裝包中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算后獲得每組對(duì)應(yīng)的接收端空間坐標(biāo)； 第二處理器，用于根據(jù)每組所述機(jī)器人ID、所述定位時(shí)間以及接收端ID以及所述接收端空間坐標(biāo)計(jì)算獲得機(jī)器人空間坐標(biāo)。
6.如權(quán)利要求5所述的基于超聲波技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)定位系統(tǒng)，其特征在于，還包括數(shù)字地圖中央平臺(tái)，用于根據(jù)所述機(jī)器人空間坐標(biāo)可視化的顯示器其在地圖上的空間坐標(biāo)位置。
7.如權(quán)利要求5所述的基于超聲波技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述紅外發(fā)射器，所述超聲波發(fā)生器以及所述第二處理器固定于工業(yè)機(jī)器人上。
8.如權(quán)利要求5所述的基于超聲波技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述紅外接收傳感器，超聲波接收傳感器以及第一處理器構(gòu)成接收端；所述接收端設(shè)有多個(gè)，且多個(gè)所述接收端呈拓 撲結(jié)構(gòu)排布。
全文摘要
本發(fā)明提出一種基于超聲波技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)定位方法，包括根據(jù)預(yù)定的發(fā)射周期發(fā)射超聲波定位信號(hào)，所述定位信號(hào)包括超聲波載波和紅外載波同步信號(hào)，其中紅外載波同步信號(hào)包括預(yù)設(shè)的機(jī)器人ID以及啟動(dòng)時(shí)間；獲取同步時(shí)間；根據(jù)超聲波載波獲取定位時(shí)間；封裝同步時(shí)間、機(jī)器人ID、定位時(shí)間以及預(yù)設(shè)的接收端ID獲得數(shù)據(jù)包；選取同一機(jī)器人至少三組來(lái)自不同接收端的數(shù)據(jù)包封裝獲得封裝包；解析封裝包，并根據(jù)封裝包中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算后獲得每組對(duì)應(yīng)的接收端空間坐標(biāo)；根據(jù)每組機(jī)器人ID、定位時(shí)間以及接收端ID以及接收端空間坐標(biāo)計(jì)算獲得機(jī)器人空間坐標(biāo)。本發(fā)明提出一種成本低，定位準(zhǔn)的基于超聲波技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)定位方法及系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G01S1/72GK103076591SQ20131001209
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月11日
發(fā)明者方耿, 王亞軍, 喻健, 韓英濤 申請(qǐng)人:廣州飛銳網(wǎng)絡(luò)科技有限公司