與對應(yīng)的超聲波感應(yīng)元的右旋角，右旋角《為超聲波接收陣列的的固 定尺寸。
[0020] 進一步，步驟（3)中，所述超聲波信號的傳播速度c的修正方法為： A. 選取所需的兩個信標(biāo)模塊，根據(jù)它們的固定坐標(biāo)計算出它們之間的絕對距離； B. 在超聲波有效覆蓋范圍內(nèi)的任意一個地方，在固定的默認(rèn)聲速條件下，計算出超聲 波接收陣列理論中心與兩個信標(biāo)模塊的相對距離和角度，進而計算出兩個信標(biāo)模塊之間的 相對距離； C. 將兩個信標(biāo)模塊之間的絕對距離與相對距離的誤差百分率作為補償，計算出實際聲 速。
[0021] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下特點： (1) 將接收到的超聲波信號根據(jù)其信號的強弱進行自動增益控制，輸出穩(wěn)定的動態(tài)范 圍，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，計算出判斷閾值，根據(jù)判斷閾值判斷當(dāng)前信號為超聲波信號還是噪 聲信號，從而實現(xiàn)超聲波檢測，解決了超聲波信號在傳輸過程中的衰減問題； (2) 選用超聲波接收陣列代替單個超聲波傳感器，能夠從各個方向接收超聲波信號，提 高定位精度； (3) 利用超聲波陣列中超聲波感應(yīng)元之間的相位差和信號強度，分辨不同途徑的超聲 波，只取直線到達的超聲波，這樣可解決多徑效應(yīng)和非視距傳播問題，濾除環(huán)境聲波的干 擾，縮短測試時間，大大提高測距精度和可靠性； (4) 使用編碼超聲波方式可便于確定接收的超聲波是否是需要的信標(biāo)模塊發(fā)送的，同 時通過與發(fā)射源的理論編碼比對，判斷該組超聲波是不是需要的信標(biāo)模塊發(fā)送的那束超聲 波，可精確確定超聲波的起始點和發(fā)射角度，提高測距的準(zhǔn)確度； (5) 利用超聲波接收陣列接收超聲波信號，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，根據(jù)超聲波接收陣列與信標(biāo)模 塊之間的超聲波信號的相位關(guān)系來判斷機器人的位置和方向，并會同電子地圖發(fā)送至電子 定位平臺，實現(xiàn)機器人的路徑規(guī)劃和定位； (6) 利用采集的2個以上信標(biāo)模塊的超聲波信號，來計算信標(biāo)模塊之間的絕對距離與 相對距離之間誤差百分率作為補償，進而計算出在當(dāng)前環(huán)境條件下精確的聲速，精確率高， 成本低，計算簡單； (7) 常規(guī)精度的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為：定位誤差lcm，比現(xiàn)有最好的無線室內(nèi)定位系統(tǒng)提高 一個精度數(shù)量等級；中等精度的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為：定位誤差1mm，本發(fā)明所能達到的理論精度 <0. lmm〇
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明實施例機器人所在三維坐標(biāo)的計算簡圖； 圖3為本發(fā)明實施例超聲波接收陣列理論中心與信標(biāo)模塊的距離計算簡圖； 圖4為本發(fā)明實施例超聲波接收陣列理論中心與信標(biāo)模塊的角度計算簡圖； 圖5為本發(fā)明實施例聲速修正計算簡圖。
【具體實施方式】
[0023] 以下結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明的詳細(xì)結(jié)構(gòu)作進一步描述。
[0024] -種無線、超聲波復(fù)合定位系統(tǒng)，包括多個信標(biāo)模塊、至少一個移動定位模塊和電 子定位平臺。移動定位模塊可安裝在一個移動體上(如機器人，智能車等)，本實施例以機器 人為例進行說明。每臺機器人搭載一個移動定位模塊。信標(biāo)模塊的位置必須是固定的，從 而獲得固定位置坐標(biāo)，多個信標(biāo)模塊其可以安裝于墻上或者其它固定物體上(放置的位置 沒有具體要求)，具體數(shù)量根據(jù)待定位置的空間大小決定；根據(jù)機器人沿預(yù)設(shè)的運動軌跡可 能達到的位置坐標(biāo)，計算規(guī)劃出每個可能達到的坐標(biāo)處所需的至少兩個信標(biāo)模塊。
[0025] 具體地，信標(biāo)模塊包括第一智能處理模塊以及分別與第一智能處理模塊連接的第 一無線收發(fā)模塊和超聲波發(fā)射模塊。
[0026] 第一無線收發(fā)模塊用于以無線的方式與需要定位的移動定位模塊和/或電子定 位平臺聯(lián)絡(luò)，收發(fā)指令和同步信號；第一無線收發(fā)模塊可以采用符合多種無線通信協(xié)議的 網(wǎng)絡(luò)模塊，例如WIFI模塊、ZigBee模塊、藍(lán)牙通信模塊等。優(yōu)選地，第一無線收發(fā)模塊采用 無線串口通信模塊。
[0027] 超聲波發(fā)射模塊，用于發(fā)出已編址的超聲波信號；由于多個信標(biāo)模塊中每個信標(biāo) 模塊都賦予唯一編碼，以便于移動定位模塊通過識別編碼來判斷接收的超聲波是否是所呼 喚的信標(biāo)模塊發(fā)送的。
[0028] 第一智能處理模塊用于處理接收的指令和儲存超聲波編碼，處理同步時序安排。
[0029] 具體地，移動定位模塊包括第二智能處理模塊以及分別與第二智能處理模塊連接 的第二無線收發(fā)模塊和超聲波接收陣列。
[0030] 第二無線收發(fā)模塊，用于負(fù)責(zé)與信標(biāo)模塊和電子定位平臺聯(lián)絡(luò)，收發(fā)無線同步信 號和超聲波信號的時序；優(yōu)選地，第二無線收發(fā)模塊采用無線串口通信模塊。
[0031] 超聲波接收陣列，用于接收來自信標(biāo)模塊發(fā)出的不同角度的超聲波信號；超聲波 收發(fā)陣列為具有多個超聲波感應(yīng)元的集成環(huán)陣列，全部集成于一塊電路板上，且位置關(guān)系 固定，便于計算，簡化程序。該陣列不僅可測試超聲波到達時間，還可測試超聲波發(fā)射源的 角度。另外還可通過與發(fā)射源的理論編碼的比對，可確認(rèn)該超聲波編碼是否為需要的信標(biāo) 模塊發(fā)送，還可精確確定超聲波的起始點，以可以解決環(huán)境聲波的干擾問題。
[0032] 第二智能處理模塊，用于處理接收的指令、模塊各部分的邏輯關(guān)系、做出同步時序 安排、識別編碼、儲存和分析接收到的超聲波數(shù)據(jù)信息，并將超聲波數(shù)據(jù)會同電子定位平臺 發(fā)送來的電子地圖一起放入計算單元進行計算處理，得到位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)。第二智能處理模 塊包括超聲波陣列處理模塊和中央處理器，超聲波陣列處理模塊包括前置放大模塊和A/D 轉(zhuǎn)換模塊，超聲波陣列連接前置放大模塊的輸入端，前置放大模塊的輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換 模塊的模擬輸入端，A/D轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)字輸出端連接中央處理器；中央處理器還與第二無 線收發(fā)模塊連接。前置放大模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊的通道數(shù)量與超聲波感應(yīng)元的數(shù)量相同， 即每個超聲波感應(yīng)元接收到的超聲波信號均通過各自的前置放大模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊進 行處理，最終輸入至中央處理器進行集中處理計算。
[0033] 本實施例的前置放大模塊采用了帶AGC功能的放大器，AGC為自動增益控制。當(dāng) 超聲波接收陣列接收到的信號較弱時，AGC放大器會自動增加信號放大倍數(shù)，將弱信號幅度 增強。當(dāng)超聲波接收陣列接收到的信號較強時，AGC放大器會自動降低信號放大倍數(shù)，以實 現(xiàn)無論信號較強還是較弱，前置放大模塊的輸出信號都保持相對穩(wěn)定。
[0034] A/D轉(zhuǎn)換模塊用于將檢測時間段內(nèi)的超聲波模擬信號連續(xù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號（需要 的超聲波信號未到達時，超聲波幅值接近零，到達時超聲波幅值將在設(shè)計范圍內(nèi)），并存入 RAM，成為一數(shù)據(jù)組；通過中央處理器掃描采集到的超聲波信號幅度，并處理該組超聲波數(shù) 據(jù)；根據(jù)接收到的超聲波脈沖群的平均幅值，來計算判斷閾值。本實施例將轉(zhuǎn)換后的超聲波 數(shù)字信號的多個最高峰值超聲波信號，取其平均值，再以該平均值的合適比例的值作為判 斷閥值。
[0035] 掃描采集到的超聲波信號幅度，達到判斷閾值的點則認(rèn)為當(dāng)前測試的超聲波信號 到達起始點，否則認(rèn)為是噪聲信號。從而實現(xiàn)超聲波檢測，解決了超聲波信號在傳輸過程中 的衰減問題。
[0036] 具體地，電子定位平臺用于構(gòu)建電子地圖，并向移動定位模塊發(fā)送電子地圖，根據(jù) 機器人的運動目標(biāo)或路徑規(guī)劃生成導(dǎo)航信息，以無線方式傳給移動定位模塊進行機器人的 調(diào)度；還用于協(xié)調(diào)信標(biāo)模塊和移動定位模塊的同步，接收從各個移動定位模塊上傳的位置 坐標(biāo)數(shù)據(jù)并顯示。電子定位平臺包括： 搭載電子地圖的計算機，用于構(gòu)建電子地圖，并向移動定位模塊發(fā)送電子地圖，根據(jù)需 要調(diào)度機器人，規(guī)劃并計算機器人的運動路徑；路徑規(guī)劃可使得機器人行走路線最短，從而 縮短機器人的行走時間，提高工作效率； 第三無線收發(fā)模塊，用于協(xié)調(diào)信標(biāo)模塊和移動定位模塊的時序，接收各個移動定位模 塊上傳的位置坐標(biāo)信號； 電子地圖運算模塊，用于根據(jù)搭載電子地圖的計算機給出的路徑規(guī)劃，生成機器人的 導(dǎo)航信息；導(dǎo)航信息包括機器人的行走路徑(包括直線、拐彎等)、位置坐標(biāo)定位等； 顯示器，用于顯示機器人的導(dǎo)航信息，包括機器人的運動路徑和位置。
[0037] 其中，移動定位模塊內(nèi)置的電子地圖是由電子定位平臺通過第三無線收發(fā)模塊發(fā) 送，并由移動定位模塊的第二無線收發(fā)模塊接受收發(fā)。
[0038] 根據(jù)上述無線、超聲波復(fù)合定位系統(tǒng)的定位方法，包括以下步驟： (1)由移動定位模塊依據(jù)移動體行走的起始坐標(biāo)數(shù)據(jù)，結(jié)合定位后沿預(yù)設(shè)的運動軌跡 可能達到的坐標(biāo)，計算規(guī)劃出每個可能達到的坐標(biāo)處所需的至少兩個信標(biāo)模塊，依次序分 別呼喚需要的信標(biāo)模塊，被呼喚到的信標(biāo)模塊發(fā)送無線信號回應(yīng)；待呼喚到的信標(biāo)模塊全 部回應(yīng)后，移動定位模塊依次向信標(biāo)模塊發(fā)射無線申請定位信號，收到申請定位信號的信 標(biāo)模塊，按照測試時序安排向移動定位模塊發(fā)射無線同步信號，使信標(biāo)模塊和移動定位模 塊配合同步測試； 具體的，在預(yù)設(shè)的運動軌跡上標(biāo)定好機器人可能達到的位置坐標(biāo)點，當(dāng)機器人沿運動 軌跡到達某個坐標(biāo)點時，依次序呼喚離該坐標(biāo)點角度最佳的至少兩個信標(biāo)模塊