CN102981148B - 定位系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种检测移动装置的位置的定位系统，所述定位系统包括：设置在所述移动装置中的一个超声波振荡器和一个红外信号生成器，以及设置在所述系统中用于基于超声波的接收时间差值来计算移动装置的位置的检测器。本发明由于移动装置只需发送一个超声波信号，而由两个超声波信号接收装置接收同一超声波信号，这样可以减少定位误差，而且定位扫描周期可以得到提高。此外可以用红外线或射频信号，用射频信号无方向性，可以有效避免家具障碍物或使用环境的影响。

Description

定位系统及其方法

技术领域

本发明涉及用于检测移动装置的位置的定位系统和方法，特别地，涉及智能型吸尘器的定位系统和方法。

背景技术

常规的真空吸尘机在现有技术中是已知的，其通过由低压装置产生的吸力而将灰尘吸入集尘袋。但是，用户在使用过程中需要拿着吸嘴并且连接吸嘴和集尘袋的管也不能太长。虽然这种手动的吸尘器在打扫较小的房间时没有任何问题，但当打扫较大的房间时，就需要频繁地移动吸嘴和机器本身。

此外，手动吸尘器的移动范围也受到连接吸尘器和电源的电源线的长度的限制。当打扫较大房间时，因为电源线不够长，所以需要频繁地插拔电源线的插头来调换位置。当在某些要打扫的区域没有电源时，还需要提供额外的延长线来提供电源。而且，因为使用者必须在清扫过程中拿住吸嘴，因此还必须忍受吸尘器带来的噪音。

因此，人们开发出了能够自动进行清扫的智能型吸尘器。这种吸尘器可通过自动运行功能来吸尘，而不需要使用者的劳动。这种智能型吸尘器已在国内外许多专利或专利申请中公开过。例如，图1显示了现有技术的一个例子。该智能型吸尘器7包括用于吸入和移除地板上的灰尘或其他异物的吸尘器本体10、可转动地连接至本体的每个侧面并且由电机驱动的轮子20、以及包裹每个轮子的轮胎30，在轮胎的外表面具有凹槽30a。当启动吸尘器7时，电机驱动轮子20，吸尘器本体10在要被清洁的区域移动，同时通过吸力将其经过的区域的灰尘或异物吸入，以达到清洁的目的。

现有的智能型吸尘器通过距离传感器来确定其自身与障碍物(例如家具、办公桌或墙壁)之间的距离，并且根据所测定的距离使电机选择性地驱动左轮或右轮，从而通过改变其方向而完成清洁操作。目前大部份智能吸尘器对房间进行清扫时都是随机进行清扫，吸尘器很容易重复清扫，而且也会有遗漏清扫的可能，从而影响清扫效率和清扫效果。也有一些智能型吸尘器依靠存储在其内的地图信息来完成清洁操作的，该地图信息可以根据安装再起轮子上的编码器来生成。但是，当吸尘器的轮子发生滑动或空转时，位置信息就会发生错误。此外，美国专利7328088号提供了一种定位吸尘器的方法和装置，其具有一个红外信号生成器和两个超声波信号振荡器。工作时，先同时发送红外信号和一个超声波信号，再发送另一个超声波信号，利用时间差来测量距离和确定位置。在该专利中，两个超声波信号之间必需要有一定的延时(需达到几十到几百毫秒以上)，以防止两个信号之间的干扰。同时，如果设备在移动，那么接收到此两个信号可能不是在同一地点，从而会影响定位精度。

因此，有必要提供一种改进的位置检测方法和系统来确定吸尘器的位置，从而避免重复清扫或漏扫。

发明内容

因此，本发明的一个目的在于提供一种检测移动装置的位置的定位系统和方法，该系统和方法能够基于信号的时间差快速且精确地确定移动装置的位置。

本发明的另一个目的在于提供一种智能型吸尘系统，其包括吸尘装置、充电装置定位装置，该吸尘器系统可以被快速且精确地定位，从而避免重复清扫或漏扫。

为实现上述目的，本发明提供一种检测移动装置的位置的定位系统，所述定位系统包括设置在所述移动装置中的一个超声波振荡器和一个红外信号生成器以及设置在所述系统中用于基于超声波的接收时间差值来计算移动装置的位置的检测器。

在本发明的一个优选实施方式中，所述检测器包括用于接收红外信号并开始计时的第一测量单元、至少两个用于接收超声波信号的超声波测量单元(例如第二和第三测量单元)、以及用于基于时间差值计算距离和角度的计算单元。

在本发明的一个优选实施方式中，所述定位系统还包括设置在系统内的红外信号生成器，以在移动装置需要位置信息时，将该信息发送给移动装置。

在本发明的一个优选实施方式中，所述用于接收超声波信号的第二和第三测量单元被并排设置。

在本发明的一个实施方式中，所述红外信号生成器也可被射频信号生成器取代，相应地，所述第一测量单元接收的是射频信号。

在本发明的一个优选实施方式中，所述移动装置为智能型吸尘器，所述定位装置设置在智能型吸尘器的充电装置中或虚拟墙装置中。

在本发明的一个优选实施方式中，所述移动装置为可移动玩具。

另一方面，本发明提供一种检测移动装置的位置的方法，所述方法包括(a)向定位装置发送由移动装置中的红外信号生成器或射频信号生成器生成的红外或射频信号；(b)向定位装置发送由移动装置中的超声波振荡器生成的超声波信号；(c)基于定位装置中的两个超声波信号接收器接收到超声波信号与红外或射频信号发送的时间差分别计算移动装置与这两个超声波信号接收器之间的距离；和(d)基于所计算出的距离以及两个超声波信号接收器之间的距离来计算移动装置的位置。

在本发明的一个优选实施方式中，所述红外或射频信号发送过后，间隔预定的时间，再发送超声波信号。优选地，所述预定的时间为1至5毫秒，优选2毫秒。

在本发明的一个优选实施方式中，在发送超声波信号之后，间隔另一预定的时间，再发送红外或射频信号，如此循环。优选地，所述另一预定的时间为0.1至1秒，优选0.3秒。

在本发明的一个优选实施方式中，所述移动装置为智能型吸尘器，所述定位装置设置在智能型吸尘器的充电装置中或虚拟墙装置中。

在本发明的一个优选实施方式中，所述移动装置为可移动玩具。

本发明的再一个目的在于提供一种智能型吸尘系统，其包括吸尘装置、充电装置和本发明所述的定位装置，该吸尘器系统选择性地包括虚拟墙装置。该吸尘器系统可以被快速且精确地定位，从而避免重复清扫或漏扫。在优选的实施方式中，所述定位装置与所述充电装置或虚拟墙装置整合在一起。

本发明由于移动装置只需发送一个超声波信号，而由两个超声波信号接收装置接收同一超声波信号，这样可以减少定位误差，而且定位扫描周期可以得到提高。此外可以用红外线或射频信号，用射频信号无方向性，可以有效避免家具障碍物或使用环境的影响。

附图说明

图1是现有智能型吸尘器的示意图；

图2是本发明定位系统的一个实施方式的结构示意图；

图3是图2所示的定位系统的工作原理图；

图4是本发明定位方法的一个实施方式的信号时序图；

图5是本发明定位方法的一个实施方式的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述。

参考图2，其显示了本发明定位系统的一个实施方式的示意图。该定位系统用于检测智能型吸尘器200的位置，包括设置在智能型吸尘器200内用于生成并发送红外或射频信号的红外或射频信号生成器201；设置在智能型吸尘器200内用于生成超声波信号的超声波振荡器202；和设置在用于给智能型吸尘器200充电的充电单元100内的检测器，所述检测器用于基于超声波的接收时间差值来计算智能型吸尘器200的位置。

具体来说，该检测器包括用于接收红外信号并开始计时的第一测量单元101、用于接收超声波信号的第二测量单元101和第三测量单元103、以及用于基于时间差值计算距离和角度的计算单元104。在其他实施方式中，本发明的检测器可包括两个以上的用于接收超声波信号的测量单元，以提高测量精度。每个额外的超声波信号测量单元以与第二测量单元或第三测量单元相同的原理工作。

该系统按照如下程序操作。首先，红外信号生成器201向检测器发送红外信号，第一测量单元101接收到红外信号并开始计时。间隔t0时间后，超声波振荡器202向检测器发送超声波信号，第二测量单元102和第三测量单元103分别接收到超声波信号。此时，假定第二测量单元102在T0时间点接收到超声波信号，而第三测量单元103在T1时间点接收到超声波信号。此处，T0和T1时间点本是从发送红外信号的时间点开始计算，但由于红外信号以光速传播，因而可以忽略从红外信号发送到第一测量单元101接收所消耗的时间，从而T0和T1时间点可直接以第一测量单元101接收到红外信号的时间点开始计时。随后，计算单元104根据第二测量单元102接收到超声波信号的时间点T0与t0的时间差乘以超声波速度可得出第二测量单元102与智能型吸尘器200之间的距离；计算单元104根据第三测量单元103接收到超声波信号的时间点T1与t0的时间差乘以超声波速度可得出第三测量单元103与智能型吸尘器200之间的距离；最后，计算单元104根据第二测量单元102与智能型吸尘器200之间的距离、第三测量单元103与智能型吸尘器200之间的距离以及预先存储在计算单元中的第二测量单元102与第三测量单元103之间的距离可得出智能型吸尘器200的位置参数。

关于通过时间差值计算智能型吸尘器200的位置参数的更详细描述可参见图3进行。在图3中，为方便描述，省略计算单元104、红外信号生成器201等元件。超声波振荡器(C点)发射超声波至第二测量单元(A点)和第三测量单元(B点)。根据以上描述，可由计算单元104根据时间差分别计算出AC的长度和BC的长度，其中AB的长度为已知(在本实施例中设为20cm)，因此在已知由A、B、C点构成的三角形中，三个边长已知，则可计算出AC与BC构成的夹角的角度，而A、B两点处于固定位置，这时可得出C点(即智能型吸尘器200)的位置。在具体操作中，A点和B点可能同时接收到超声波信号，则A、B、C三点构成了等边三角形，C点位于A和B点的中垂线上，即C点位于充电器的正前方。以AB边长为X轴，AB边长的中垂线为Y轴，将C点的位置划分在由此构成的坐标系内。因此，通过将C点经过的位置存储在系统内，即可知道哪些区域是吸尘器200已清扫过的，哪些尚未清扫，因而可避免重复清扫和漏扫。在其他实施方式中，当吸尘器200需要位置信息时，可在充电装置内设置一个红外信号生成器，通过它可将位置信息发送给吸尘器。

图4显示了本发明定位方法的一个实施方式的信号时序图。首先，吸尘器200的红外信号生成器201发送红外信号；间隔t0时间后，吸尘器200的超声波振荡器202发送超声波信号；经过T0的时间第二测量单元102接收到超声波信号；经过T1的时间第三测量单元接收到超声波信号；忽略红外信号的传送时间，基于T0与t0的时间差计算出第二测量单元102与吸尘器200的距离，并且基于T1与t0的时间差计算出第三测量单元103与吸尘器200的距离；基于第二测量单元102与吸尘器200的距离、第三测量单元103与吸尘器200的距离以及第二和第三测量单元之间的水平距离计算出吸尘器200的距离和角度，从而确定吸尘器200的位置。在本实施例中，所述红外或射频信号发送过后，间隔约2毫秒的时间，再发送超声波信号。在发送超声波信号之后，间隔约0.3秒的时间，再发送红外或射频信号，如此循环。

图5是本发明定位方法的一个实施方式的流程图。该方法包括向定位装置发送由移动装置中的红外信号生成器或射频信号生成器生成的红外或射频信号的步骤501；向定位装置发送由移动装置中的超声波振荡器生成的超声波信号的步骤502；基于定位装置中的两个超声波信号接收器接收到超声波信号与红外或射频信号发送的时间差分别计算移动装置与这两个超声波信号接收器之间的距离的步骤503；和基于所计算出的距离以及两个超声波信号接收器之间的距离来计算移动装置的位置的步骤504。

本发明由于移动装置只需发送一个超声波信号，而由两个超声波信号接收装置接收同一超声波信号，这样可以减少定位误差，而且定位扫描周期可以得到提高。此外可以用红外线或射频信号，用射频信号无方向性，可以有效避免家具障碍物或使用环境的影响。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种检测移动装置的位置的定位系统，其特征在于，所述定位系统包括：

设置在所述移动装置中的一个超声波振荡器和一个红外信号生成器，以及

设置在所述系统中用于基于超声波的接收时间差值来计算移动装置的位置的检测器；

所述检测器包括用于接收红外信号并开始计时的第一测量单元、至少两个用于接收超声波信号的超声波测量单元、以及用于基于时间差值计算距离和角度的计算单元，所述检测器设置在智能型吸尘器的充电装置中或者虚拟墙装置中；

所述移动装置发送一个超声波信号，所述至少两个用于接收超声波信号的超声波测量单元接收同一超声波信号，所述时间差值为至少两个用于接收超声波信号的超声波测量单元接收到超声波信号的时间与红外信号发送的时间差。

2.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述用于接收超声波信号的超声波测量单元被并排设置。

3.一种检测移动装置的位置的定位系统，其特征在于，所述定位系统包括：

设置在所述移动装置中的一个超声波振荡器和一个射频信号生成器，以及

设置在所述系统中用于基于超声波的接收时间差值来计算移动装置的位置的检测器；

所述检测器包括用于接收射频信号并开始计时的第一测量单元、至少两个用于接收超声波信号的超声波测量单元、以及用于基于时间差值计算距离和角度的计算单元，所述检测器设置在智能型吸尘器的充电装置中或者虚拟墙装置中；

所述移动装置发送一个超声波信号，所述至少两个用于接收超声波信号的超声波测量单元接收同一超声波信号，所述时间差值为至少两个用于接收超声波信号的超声波测量单元接收到超声波信号的时间与射频信号发送的时间差。

4.一种检测移动装置的位置的方法，所述方法包括：

（a）向定位装置发送由移动装置中的红外信号生成器或射频信号生成器生成的红外或射频信号；

（b）向定位装置发送由移动装置中的超声波振荡器生成的超声波信号；

（c）所述移动装置发送一个超声波信号，定位装置中的至少两个超声波信号接收器接收同一超声波信号；基于所述定位装置中的至少两个超声波信号接收器接收到超声波信号的时间与红外或射频信号发送的时间差分别计算移动装置与该至少两个超声波信号接收器之间的距离；

（d）基于所计算出的距离以及所述至少两个超声波信号接收器之间的距离来计算移动装置的位置；

所述红外或射频信号发送过后，间隔１至５毫秒，再发送超声波信号；在发送超声波信号之后，间隔０.１至１秒时间，再发送红外或射频信号；如此循环。