CN106959435A - 声波导航定位方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种声波导航定位方法和装置。其中，该方法包括：控制发射装置在波导体中产生声波，其中，目标物体包括：发射装置，目标物体位于波导体的表面上，声波从目标物体的位置开始沿波导体传播；记录接收装置接收到声波的接收时间，其中，接收装置设置在波导体的预定位置，在声波沿波导体传播到预定位置时，接收装置接收声波；根据接收时间、声波在波导体中传播速度以及接收装置的预定位置对目标物体的位置进行定位。本发明解决了利用声波在空间中直线传播的导航定位方法的定位范围小、定位精度不够高且无法在接收装置和目标体之间存在障碍物、空间介质不均或目标体在曲面上运动时进行定位的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及声波定位领域，具体而言，涉及一种声波导航定位方法和装置。
背景技术
工业机器人导航与定位的方法众多，常用的声波导航定位方法主要是基于体空间中声波的直线传播原理进行定位。这种方法作用区域较小，主要用于小空间范围内的三维定位，并且在接收传感器与发射传感器之间有障碍物(如隔板)时，此种方法将不再适用，或者当空间中不只存在一种介质，如下部为液体，上层为空气，此时超声波传播在气液介质处发生折射，此种方法将不适用。
在实际中经常需要机器人在曲面或曲线构件上进行行走，且这些曲面或曲线一般难以接触，如为高空、埋置等情况，如大型储罐储油状态下的底板检测机器人的定位、球形储罐内部检测机器人定位、管道内检测机器人(管道猪)定位。上述利用体空间中声波的直线传播原理进行定位的方法较难在这些情况下使用。
针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种声波导航定位方法和装置，以至少解决利用声波在空间中直线传播的导航定位方法的定位范围小、定位精度不够高且无法在接收装置和目标体之间存在障碍物、空间介质不均或目标体在曲面上运动时进行定位的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种声波导航定位方法，包括：控制发射装置在波导体中产生声波，其中，目标物体包括：所述发射装置，所述目标物体位于所述波导体的表面上，所述声波从所述目标物体的位置开始沿所述波导体传播；记录接收装置接收到所述声波的接收时间，其中，所述接收装置设置在所述波导体的预定位置，在所述声波沿所述波导体传播到所述预定位置时，所述接收装置接收所述声波；根据所述接收时间、所述声波在所述波导体中传播速度以及所述接收装置的所述预定位置对所述目标物体的位置进行定位。
进一步地，所述波导体为直线类波导体或者曲线类波导体，所述接收装置至少包括第一接收装置和第二接收装置，所述第一接收装置设置在第一预定位置，所述第二接收装置设置在第二预定位置，根据所述接收时间、所述声波在所述波导体中传播速度以及所述预定位置对所述目标物体的位置进行定位包括：获取所述声波传播到所述第一预定位置的第一传播时间和所述声波传播到所述第二预定位置的第二传播时间的时间差值；根据所述时间差值和所述传播速度计算出所述声波传播到所述第一预定位置的第一传播距离与所述声波传播到所述第二预定位置的第二传播距离的距离差值；根据所述第一预定位置、所述第二预定位置和所述距离差值对所述目标物体的位置进行定位，其中，所述目标物体的位置位于所述第一预定位置和所述第二预定位置之间。
进一步地，所述波导体为平面类波导体或者曲面类波导体，所述接收装置至少包括第一接收装置、第二接收装置和第三接收装置，所述第一接收装置设置在第一预定位置，所述第二接收装置设置在第二预定位置，所述第三接收装置设置在第三预定位置，根据所述接收时间、所述声波在所述波导体中传播速度以及所述预定位置对所述目标物体的位置进行定位包括：获取第一时间差值，第二时间差值和第三时间差值，其中，所述第一时间差值为所述声波传播到所述第一预定位置的第一传播时间和所述声波传播到所述第二预定位置的第二传播时间的时间差值，所述第二时间差值为所述声波传播到所述第二预定位置的第二传播时间和所述声波传播到所述第三预定位置的第三传播时间的时间差值，所述第三时间差值为所述声波传播到所述第二预定位置的第二传播时间和所述声波传播到所述第三预定位置的第三传播时间的时间差值；根据所述第一时间差值、所述第二时间差值、所述第三时间差值以及所述传播速度计算出第一距离差值、第二距离差值和第三距离差值，其中，所述第一距离差值为所述声波传播到所述第一预定位置的第一传播距离与所述声波传播到所述第二预定位置的第二传播距离的距离差值，所述第二距离差值为所述声波传播到所述第二预定位置的第二传播距离与所述声波传播到所述第三预定位置的第三传播距离的距离差值，所述第三距离差值为所述声波传播到所述第一预定位置的第一传播距离与所述声波传播到所述第三预定位置的第三传播距离的距离差值；根据所述第一预定位置、所述第二预定位置、第三预定位置以及所述第一距离差值、第二距离差值、第三距离差值对所述目标物体的位置进行定位。
进一步地，根据所述第一预定位置、所述第二预定位置、第三预定位置以及所述第一距离差值、第二距离差值、第三距离差值对所述目标物体的位置进行定位包括：根据所述第一预定位置、所述第二预定位置和所述第一距离差值在所述波导体上构造第一双曲线，其中，所述第一预定位置和所述第二预定位置为所述第一双曲线的焦点；根据所述第二预定位置、所述第三预定位置和所述第二距离差值在所述波导体上构造第二双曲线，其中，所述第二预定位置和所述第三预定位置为所述第二双曲线的焦点；根据所述第一预定位置、所述第三预定位置和所述第三距离差值在所述波导体上构造第三双曲线，其中，所述第一预定位置和所述第三预定位置为所述第三双曲线的焦点；根据所述第一双曲线、所述第二双曲线和所述第三双曲线的公共交点确定所述目标物体的位置。
进一步地，所述波导体为平面类波导体或者曲面类波导体，所述接收装置至少包括第一接收装置、第二接收装置和第三接收装置，所述第一接收装置设置在第一预定位置，所述第二接收装置设置在第二预定位置，所述第三接收装置设置在第三预定位置，所述发射装置与每一个所述接收装置之间设置有同步信号，根据所述接收时间、所述声波在所述波导体中的传播速度以及所述预定位置确定所述目标物体的位置包括：根据所述同步信号和所述接收时间获取第一传播时间、第二传播时间和第三传播时间，其中，所述第一传播时间为所述声波传播到所述第一预定位置的传播时间，所述第二传播时间为所述声波传播到所述第二预定位置的传播时间，所述第三传播时间为所述声波传播到所述第三预定位置的传播时间；根据所述第一传播时间、所述第二传播时间、所述第三传播时间和所述传播速度计算出第一传播距离、第二传播距离和第三传播距离，其中，所述第一传播距离为所述声波从所述发射装置的位置传播到所述第一预定位置的传播距离，所述第二传播距离为所述声波从所述发射装置的位置传播到所述第二预定位置的传播距离，所述第三传播距离为所述声波从所述发射装置的位置传播到所述第三预定位置的传播距离；根据所述第一传播距离、第二传播距离、第三传播距离以及所述第一预定位置、第二预定位置、第三预定位置对所述目标物体的位置进行定位。
进一步地，根据所述第一传播距离、第二传播距离、第三传播距离以及所述第一预定位置、第二预定位置、第三预定位置对所述目标物体的位置进行定位包括：以所述第一预定位置为圆心，以所述第一传播距离为半径，在所述波导体上构造第一圆形；以所述第二预定位置为圆心，以所述第二传播距离为半径，在所述波导体上构造第二圆形；以所述第三预定位置为圆心，以所述第三传播距离为半径，在所述波导体上构造第三圆形；将所述第一圆形、所述第二圆形和所述第三圆形的公共交点确定为所述目标物体的位置。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种声波导航定位装置，包括：控制单元，用于控制发射装置在波导体中产生声波，其中，目标物体包括：所述发射装置，所述目标物体位于所述波导体的表面上，所述声波从所述目标物体的位置开始沿所述波导体传播；记录单元，用于记录接收装置接收到所述声波的接收时间，其中，所述接收装置设置在所述波导体的预定位置，在所述声波沿所述波导体传播到所述预定位置时，所述接收装置接收所述声波；定位单元，用于根据所述接收时间、所述声波在所述波导体中传播速度以及所述接收装置的所述预定位置对所述目标物体的位置进行定位。
进一步地，所述波导体为直线类波导体或者曲线类波导体，所述接收装置至少包括第一接收装置和第二接收装置，所述第一接收装置设置在第一预定位置，所述第二接收装置设置在第二预定位置，所述定位单元包括：第一获取模块，用于获取所述声波传播到所述第一预定位置的第一传播时间和所述声波传播到所述第二预定位置的第二传播时间的时间差值；第一计算模块，用于根据所述时间差值和所述传播速度计算出所述声波传播到所述第一预定位置的第一传播距离与所述声波传播到所述第二预定位置的第二传播距离的距离差值；第一定位模块，用于根据所述第一预定位置、所述第二预定位置和所述距离差值对所述目标物体的位置进行定位，其中，所述目标物体的位置位于所述第一预定位置和所述第二预定位置之间。
进一步地，所述波导体为平面类波导体或者曲面类波导体，所述接收装置至少包括第一接收装置、第二接收装置和第三接收装置，所述第一接收装置设置在第一预定位置，所述第二接收装置设置在第二预定位置，所述第三接收装置设置在第三预定位置，所述定位单元包括：第二获取模块，用于获取第一时间差值，第二时间差值和第三时间差值，其中，所述第一时间差值为所述声波传播到所述第一预定位置的第一传播时间和所述声波传播到所述第二预定位置的第二传播时间的时间差值，所述第二时间差值为所述声波传播到所述第二预定位置的第二传播时间和所述声波传播到所述第三预定位置的第三传播时间的时间差值，所述第三时间差值为所述声波传播到所述第二预定位置的第二传播时间和所述声波传播到所述第三预定位置的第三传播时间的时间差值；第二计算单元，用于根据所述第一时间差值、所述第二时间差值、所述第三时间差值以及所述传播速度计算出第一距离差值、第二距离差值和第三距离差值，其中，所述第一距离差值为所述声波传播到所述第一预定位置的第一传播距离与所述声波传播到所述第二预定位置的第二传播距离的距离差值，所述第二距离差值为所述声波传播到所述第二预定位置的第二传播距离与所述声波传播到所述第三预定位置的第三传播距离的距离差值，所述第三距离差值为所述声波传播到所述第一预定位置的第一传播距离与所述声波传播到所述第三预定位置的第三传播距离的距离差值；第二定位模块，用于根据所述第一预定位置、所述第二预定位置、第三预定位置以及所述第一距离差值、第二距离差值、第三距离差值对所述目标物体的位置进行定位。
进一步地，所述第二定位模块包括：第一构造子模块，用于根据所述第一预定位置、所述第二预定位置和所述第一距离差值在所述波导体上构造第一双曲线，其中，所述第一预定位置和所述第二预定位置为所述第一双曲线的焦点；第二构造子模块，用于根据所述第二预定位置、所述第三预定位置和所述第二距离差值在所述波导体上构造第二双曲线，其中，所述第二预定位置和所述第三预定位置为所述第二双曲线的焦点；第三构造子模块，用于根据所述第一预定位置、所述第三预定位置和所述第三距离差值在所述波导体上构造第三双曲线，其中，所述第一预定位置和所述第三预定位置为所述第三双曲线的焦点；第一确定子模块，用于根据所述第一双曲线、所述第二双曲线和所述第三双曲线的公共交点确定所述目标物体的位置。
进一步地，所述波导体为平面类波导体或者曲面类波导体，所述接收装置至少包括第一接收装置、第二接收装置和第三接收装置，所述第一接收装置设置在第一预定位置，所述第二接收装置设置在第二预定位置，所述第三接收装置设置在第三预定位置，所述发射装置与每一个所述接收装置之间设置有同步信号，所述定位单元包括：第三获取模块，用于根据所述同步信号和所述接收时间获取第一传播时间、第二传播时间和第三传播时间，其中，所述第一传播时间为所述声波传播到所述第一预定位置的传播时间，所述第二传播时间为所述声波传播到所述第二预定位置的传播时间，所述第三传播时间为所述声波传播到所述第三预定位置的传播时间；第三计算模块，用于根据所述第一传播时间、所述第二传播时间、所述第三传播时间和所述传播速度计算出第一传播距离、第二传播距离和第三传播距离，其中，所述第一传播距离为所述声波从所述发射装置的位置传播到所述第一预定位置的传播距离，所述第二传播距离为所述声波从所述发射装置的位置传播到所述第二预定位置的传播距离，所述第三传播距离为所述声波从所述发射装置的位置传播到所述第三预定位置的传播距离；第三定位模块，用于根据所述第一传播距离、第二传播距离、第三传播距离以及所述第一预定位置、第二预定位置、第三预定位置对所述目标物体的位置进行定位。
进一步地，所述第三定位模块包括：第四构造子模块，用于以所述第一预定位置为圆心，以所述第一传播距离为半径，在所述波导体上构造第一圆形；第五构造子模块，用于以所述第二预定位置为圆心，以所述第二传播距离为半径，在所述波导体上构造第二圆形；第六构造子模块，用于以所述第三预定位置为圆心，以所述第三传播距离为半径，在所述波导体上构造第三圆形；第二确定子模块，用于将所述第一圆形、所述第二圆形和所述第三圆形的公共交点确定为所述目标物体的位置。
为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行上述所述的声波导航定位方法。
为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行上述所述的声波导航定位方法。
在本发明实施例中，采用控制发射装置在波导体中产生声波，其中，目标物体包括：所述发射装置，所述目标物体位于所述波导体的表面上，所述声波从所述目标物体的位置开始沿所述波导体传播；记录接收装置接收到所述声波的接收时间，其中，所述接收装置设置在所述波导体的预定位置，在所述声波沿所述波导体传播到所述预定位置时，所述接收装置接收所述声波；根据所述接收时间、所述声波在所述波导体中传播速度以及所述预定位置对所述目标物体的位置进行定位的方式，通过目标物体携带发射装置，利用发射装置在波导体中产体声波使声波在波导体中传播，并利用设置在预定位置的接收装置接收声波，达到了利用声波对目标物体进行定位的目的，从而实现了在利用声波对目标物体进行定位时，不受空间中障碍物及空间介质影响的技术效果，并且定位范围较大，进而解决了利用声波在空间中直线传播的导航定位方法的定位范围小、定位精度不够高且无法在接收装置和目标体之间存在障碍物、空间介质不均或目标体在曲面上运动时进行定位的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的一种声波导航定位方法的流程图；
图2是根据本发明实施例的对曲线类波导体上的目标物体进行导航定位的示意图；
图3是根据本发明实施例的一种可选的声波导航定位方法的流程图；
图4是根据本发明实施例的对行走于管道内的机器人进行导航定位的示意图；
图5是根据本发明实施例的构造双曲线的示意图；
图6是根据本发明实施例的另一种可选的声波导航定位方法的流程图；
图7是根据本发明实施例的对行走于储罐底板的机器人进行导航定位的示意图；
图8是根据本发明实施例的另一种可选的声波导航定位方法的流程图；
图9是根据本发明实施例的对行走于起伏的坡面的机器人进行导航定位的示意图；
图10是根据本发明实施例的对行走于球形储罐内、外表面的机器人进行导航定位的示意图；
图11是根据本发明实施例的一种声波导航定位装置的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
根据本发明实施例，提供了一种声波导航定位方法的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图1是根据本发明实施例的一种声波导航定位方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：
步骤S102，控制发射装置在波导体中产生声波，其中，目标物体包括：发射装置，目标物体位于波导体的表面上，声波从目标物体的位置开始沿波导体传播。目标物体是待定位的物体，目标物体位于波导体的表面上，可以在波导体的表面上移动，波导体可以进行声波的传播。目标物体携带有声波的发射装置，可选地，声波发射装置可以由声波发射源和声波发射传感器两部分组成，其中，声波发射源用于驱动声波发射传感器产生声波。目标物体可以同时携带有声波发射源和声波发射传感器，也可以只携带有声波发射传感器，在声波发射源对发出声波驱动信号时，目标物体携带的声波发射传感器在波导体中的产生声波，声波由目标物体所在的位置沿波导体向周围传播。其中，声波发射装置在波导体中产生的声波可以是多种形式的声波，例如：应力波、超声导波、次声波等。
步骤S104，记录接收装置接收到声波的接收时间，其中，接收装置设置在波导体的预定位置，在声波沿波导体传播到预定位置时，接收装置接收声波。接收装置预先设置在波导体的预定位置上，并且预定位置是已知的，当声波沿波导体传播到接收装置所在的位置时被接收装置接收。记录下接收装置接收到声波的时间。
步骤S106，根据接收时间、声波在波导体中传播速度以及接收装置的预定位置对目标物体的位置进行定位。声波在波导体中传播速度是已知的，根据声波在波导体中传播速度、声波接收装置接收声波的时间以及声波接收装置的预定位置，即可以确定目标物体在波导体上所处的位置。
在本发明实施例中，采用控制发射装置在波导体中产生声波，其中，目标物体包括：发射装置，目标物体位于波导体的表面上，声波从目标物体的位置开始沿波导体传播；记录接收装置接收到声波的接收时间，其中，接收装置设置在波导体的预定位置，在声波沿波导体传播到预定位置时，接收装置接收声波；根据接收时间、声波在波导体中传播速度以及预定位置对目标物体的位置进行定位的方式，通过目标物体携带发射装置，利用发射装置在波导体中产体声波使声波在波导体中传播，并利用设置在预定位置的接收装置接收声波，达到了利用声波对目标物体进行定位的目的，从而实现了在利用声波对目标物体进行定位时，不受空间中障碍物及空间介质影响的技术效果，并且定位范围较大，进而解决了利用声波在空间中直线传播的导航定位方法的定位范围小、定位精度不够高且无法在接收装置和目标体之间存在障碍物、空间介质不均或目标体在曲面上运动时进行定位的技术问题。
可选地，波导体为直线类波导体或者曲线类波导体，接收装置至少包括第一接收装置和第二接收装置，第一接收装置设置在第一预定位置，第二接收装置设置在第二预定位置，根据接收时间、声波在波导体中传播速度以及预定位置对目标物体的位置进行定位包括：获取声波传播到第一预定位置的第一传播时间和声波传播到第二预定位置的第二传播时间的时间差值；根据时间差值和传播速度计算出声波传播到第一预定位置的第一传播距离与声波传播到第二预定位置的第二传播距离的距离差值；根据第一预定位置、第二预定位置和距离差值对目标物体的位置进行定位，其中，目标物体的位置位于第一预定位置和第二预定位置之间。
在本发明实施例的一种可选的实施方式中，波导体可以是直线类波导体或者曲线类的波导体，其中，直线类波导体或者曲线类波导体是指长度与半径之比非常大的波导体，例如：管道、棒材以及钢梁等均可以认为是直线类波导体或者曲线类波导体。直线类波导体可以视作是曲线类波导体的一种特殊情况，以曲线类波导体为例：目标物体在曲线波导体上移动，根据曲线类波导体的实际长度，可以选择在曲线类波导体上预先设置有两个或者两个以上的接收装置来接收声波，并且每一个接收装置的位置是已知的。目标物体上携带有声波发射装置，当目标物体在曲线类波导体上移动，并且其位置处于预设设置的任意两个接收装置之间时，令发射装置产生声波，以使声波在曲线类波导体上传播，当声波传播至接收装置所在的位置时，记录下接收装置接收到声波的接收时间，进而根据不同的接收装置接收到声波的时间的差值以及声波传播速度，可以计算出声波传播到不同的接收装置的距离差值。由于接收装置的位置是已知的，而声波传播到不同的接收装置的距离差值也就是目标物体到不同的接收装置的距离的差值，因此，可以确定出目标物体的具体位置。如图2所示，目标物体位于接收装置1和接收装置2所处的位置之间，t1是声波传播到接收装置1所用的时间，t2是声波传播到接收装置2所用的时间，其中，由于声波发射装置发出声波的时间是未知的，所以t1和t2是未知的，但声波传播到接收装置1和接收装置2的时间差t2-t1是已知的，也就是接收装置1接收到声波的时间与接收装置2接收到声波的时间差。d是声波传播到接收装置1的传播距离，是未知的，D是接收装置1与接收装置2的距离，是已知的。D与d具有如下关系：
因此，可以得出其中，V是声波在波导体中传播速度。在得出声波传播到接收装置1的传播距离之后，即确定了目标物体在波导体上的具体位置。需要说明的是，目标物体的位置应该位于任意两个接收装置之间，当目标物体的位置位于所有接收装置的同一侧时，会出到定位盲区，无法完成对目标物体的定位。而在对位于曲线波导体上的目标物体定位的过程中，声波的传播距离为声波沿曲线类波导体传播的距离，接收传感器之间的距离为声波在接收传感器之间传播的路径长度。
图3是根据本发明实施例的一种可选的声波导航定位方法的流程图，作为本发明实施例的一种可选的实施方式，当波导体为曲线类的波导体时，根据接收时间、声波在波导体中传播速度以及预定位置对目标物体的位置进行定位可以包括如下步骤：
步骤S301，各声波接收传感器接收声波信号。在本发明实施例中，目标物体在曲线波导体上移动，其中，曲线类波导体是指长度与半径之比非常大的波导体。例如：管道、棒材以及钢梁等均可以认为是曲线类波导体。曲线波导体上预先设置至少两个接收传感器。目标物体上携带有声波发射装置，在对目标物体进行定位时，声波发射装置发出声波，声波在波导体中传播，并由声波接收传感器接收。
步骤S302，计算各接收传感器接收信号的时间差。根据声波接收传感器接收到声波的时间，确定任意两个接收传感器接收到声波信号的时间差。
步骤S303，di＝(Dij-V△tij)/2，利用任意一对接收传感器接收声波信号的时间差计算目标物体距离第i个传感器的距离。由于声波在波导体中传播速度是已知的，任意两个接收传感器之间的距离也是已知的，因此，可以计算出声波传播到接收传感器的传播距离，也就是目标物体距离接收传感器的距离。其中，无论是接收传感器之间的距离，还是目标物体与传感器之间的距离，都是按照声波在波导体中的传播路径计算的。
步骤S304，确定目标物体的位置。已知接收传感器的位置，根据目标物体与接收传感器的距离即可确定目标物体的位置。
例如：如图4所示，以对管道内的进行控测的机器人进行定位为例，机器人行走于长输管道内部，由于长输管道的长度与半径之比非常大，因此，长输管道可以认为是曲线类的波导体。机器人携带有声波发射传感器(相当于发射装置)，声波接收传感器阵列1、2、3、4(相当于接收装置)设置与管道外表面，用于接收沿管道结构传播的声波。在对机器进行定位时，控制声波发射传感器向管道结构中发射声波，并由声波接收传感器接收声波。如图4所示，当机器人运动到图示位置时，可以选择通过接收传感器2和接收传感器3来进行定位，即根据声波接收传感器2和3接收到的声波信号，计算出声波传播到接收传感器2和接收传感器3的时间差△t23，其中，d2为机器人与接收传感器2的距离，D23为接收传感器2和接收传感器3之间的距离，V是声波在管道结构中的传播速度，则可以利用关系式：得到机器人与接收传感器2的距离，从而确定机器人在管道中的位置。
可选地，波导体为平面类波导体或者曲面类波导体，接收装置至少包括第一接收装置、第二接收装置和第三接收装置，第一接收装置设置在第一预定位置，第二接收装置设置在第二预定位置，第三接收装置设置在第三预定位置，根据接收时间、声波在波导体中传播速度以及预定位置对目标物体的位置进行定位包括：获取第一时间差值，第二时间差值和第三时间差值，其中，第一时间差值为声波传播到第一预定位置的第一传播时间和声波传播到第二预定位置的第二传播时间的时间差值，第二时间差值为声波传播到第二预定位置的第二传播时间和声波传播到第三预定位置的第三传播时间的时间差值，第三时间差值为声波传播到第二预定位置的第二传播时间和声波传播到第三预定位置的第三传播时间的时间差值；根据第一时间差值、第二时间差值、第三时间差值以及传播速度计算出第一距离差值、第二距离差值和第三距离差值，其中，第一距离差值为声波传播到第一预定位置的第一传播距离与声波传播到第二预定位置的第二传播距离的距离差值，第二距离差值为声波传播到第二预定位置的第二传播距离与声波传播到第三预定位置的第三传播距离的距离差值，第三距离差值为声波传播到第一预定位置的第一传播距离与声波传播到第三预定位置的第三传播距离的距离差值；根据第一预定位置、第二预定位置、第三预定位置以及第一距离差值、第二距离差值、第三距离差值对目标物体的位置进行定位。
在本发明实施例的一种可选的实施方式中，波导体可以是平面类波导体或者曲面类波导体，其中，平面类波导体可以视作是曲面类波导体的一种特殊情况，以曲面类波导体为例：目标物体在曲面类波导体上移动，根据曲面类波导体的实际面积的大小，可以选择在曲面类波导体上预先设置有三个或者三个以上的接收装置来接收声波，并且每一个接收装置的位置是已知的。目标物体上携带有声波发射装置，在对目标物体进行定位时，令发射装置产生声波，以使声波从目标物体所处的位置沿曲面类波导体向四周传播。当声波传播至接收装置所在的位置时，记录下接收装置接收到声波的接收时间。根据任意三个接收装置(第一接收装置、第二接收装置和第三接收装置)接收到声波的时间的差值以及声波传播速度，可以计算出声波传播到上述三个接收装置的距离差值。由于每一个接收装置的位置是已知的，而声波传播到不同的接收装置的距离差值也就是目标物体到不同的接收装置的距离的差值，因此，可以确定出目标物体的具体位置。
作为本发明实施例的一种可选的实施方式，由于声波传播到不同的接收装置的距离差值也就是目标物体到不同的接收装置的距离的差值，可以根据目标物体与任意两个传感器的距离差值，构造多条双曲线，将多条双曲线的公共交点作为目标物体的位置，从而实现对目标物体的定位。可选地，接收传感器至少包括：接收传感器1、接收传感器2和接收传感器3，先以接收传感器1和接收传感器2为焦点，根据目标物体到接收传感器1和接收传感器2的距离差值，构造第一双曲线，然后以接收传感器2和接收传感器3为焦点，根据目标物体到接收传感器2和接收传感器3的距离差值，构造第二双曲线，再以接收传感器1和接收传感器3为焦点，根据目标物体到接收传感器1和接收传感器3的距离差值，构造第三双曲线，将三条双曲线的公共交点作为目标物体的位置。即根据第一预定位置、第二预定位置、第三预定位置以及第一距离差值、第二距离差值、第三距离差值对目标物体的位置进行定位包括：根据第一预定位置、第二预定位置和第一距离差值在波导体上构造第一双曲线，其中，第一预定位置和第二预定位置为第一双曲线的焦点；根据第二预定位置、第三预定位置和第二距离差值在波导体上构造第二双曲线，其中，第二预定位置和第三预定位置为第二双曲线的焦点；根据第一预定位置、第三预定位置和第三距离差值在波导体上构造第三双曲线，其中，第一预定位置和第三预定位置为第三双曲线的焦点；根据第一双曲线、第二双曲线和第三双曲线的公共交点确定目标物体的位置。需要说明的是，在构造多条双曲线，以对目标物体进行定位时，可以根据目标物体与作为焦点的预定位置的距离差值，仅构造双曲线在其中一支，这样构造出的多条双曲线的公共交点只有一个，该交点即为目标物体的定位位置；也可以在构造双曲线的过程中，不考虑目标物体与作为焦点的预定位置的远近，从而构造出完整的两条双曲线，这样构造出的双曲线的公共交点有两个，需要再根据目标物体与两焦点的距离差的正负，消除一个伪定位点，进而确定出目标物体的定位位置。如图5所示，构造三条双曲线得到三条双曲线的两个公共交点，根据目标物体与任意两个接收传感器距离差值，可以去除一个公共交点，将剩下的公共交点确定为目标物体的位置。需要说明的是，在对曲面波导体上的目标物体定位过程中，在构造双曲线时，应当沿声波在曲面波导体中的传播路径计算目标物体与接收装置的距离差。
作为本发明实施例的一种可选的实施方式，如图6所示，当波导体为曲面类的波导体时，根据接收时间、声波在波导体中传播速度以及预定位置对目标物体的位置进行定位可以包括如下步骤：
步骤S601,各声波接收传感器接收声波信号。在本发明实施例中，目标物体在曲面类波导体上移动。曲面类波导体上预先设置至少三个接收传感器。目标物体上携带有声波发射装置，在对目标物体进行定位时，声波发射装置发出声波，声波在波导体中传播，并由声波接收传感器接收。
步骤S602,计算各接收传感器接收信号的时间差。根据声波接收传感器接收到声波的时间，确定任意两个接收传感器接收到声波信号的时间差。
步骤S603,△Lij＝V×△tij，计算声波发射传感器到任意两个声波接收传感器的距离差(△L12、△L13、△L23...)。由于声波在波导体中传播速度是已知的，因此，可以计算出声波传播到任意两个接收传感器是传播距离的差值。
步骤S604,以任意两个声波传感器的位置为焦点，根据目标物体到两相声波传感器的距离差，构造多条双曲线。由于接收传感器至少为三个，因此，至少可以构造出三条双曲线。
步骤S605,确定多条双曲线的公共交点，并将公共交点作为目标物体的位置。
例如：如图7所示，以对在储罐底板行走的机器人进行定位为例，机器人上携带有声波发射传感器，在储罐底板边外部设置声波接收传感器1、声波接收传感器2和声波接收传感器3，在对机器人进行定位时，控制声波发射传感器在某一时刻发射声波，声波接收传感器接收沿储罐底板传播的声波，并记录接收到声波的时间。由于声波的发射时间未知，因此无法获取到声波发射到接收的绝对时间，但可获得各声波接收传感器接收到的声波信号的时间差值，其中，声波接收传感器1与声波接收传感器2接收到声波的时间差为△t12，声波接收传感器1与声波接收传感器3接收到声波的时间差为△t13，声波接收传感器2与声波接收传感器3接收到声波的时间差为△t23。由于声波沿储罐底板传播速度已知，因此，可以求得声波发射源到各接收传感器的距离差，其中，声波发射源到接收传感器1和到声波传感器2的距离差为△L12、声波发射源到接收传感器1和到声波传感器3的距离差为△L13、声波发射源到接收传感器2和到声波传感器3的距离差为△L23。即：MA-MB＝△L12，MA-MC＝△L13，MB-MC＝△L23。以任意两个声波接收传感器位置坐标为焦点，根据声波发射源到相应的两个接收传感器的距离差构造出三条双曲线，并将双曲线的公共交点确定为机器人在储罐底板上的位置。
可选地，波导体为平面类波导体或者曲面类波导体，接收装置至少包括第一接收装置、第二接收装置和第三接收装置，第一接收装置设置在第一预定位置，第二接收装置设置在第二预定位置，第三接收装置设置在第三预定位置，发射装置与每一个接收装置之间设置有同步信号，根据接收时间、声波在波导体中的传播速度以及预定位置确定目标物体的位置包括：根据同步信号和接收时间获取第一传播时间、第二传播时间和第三传播时间，其中，第一传播时间为声波传播到第一预定位置的传播时间，第二传播时间为声波传播到第二预定位置的传播时间，第三传播时间为声波传播到第三预定位置的传播时间；根据第一传播时间、第二传播时间、第三传播时间和传播速度计算出第一传播距离、第二传播距离和第三传播距离，其中，第一传播距离为声波从发射装置的位置传播到第一预定位置的传播距离，第二传播距离为声波从发射装置的位置传播到第二预定位置的传播距离，第三传播距离为声波从发射装置的位置传播到第三预定位置的传播距离；根据第一传播距离、第二传播距离、第三传播距离以及第一预定位置、第二预定位置、第三预定位置对目标物体的位置进行定位。
在本发明实施例的一种可选的实施方式中，发射装置与每一个接收装置之间设置有同步信号，在发射装置发出的声波沿波导体传播并被接收装置接收之后，根据同步信号和接收装置接收到声波的时间，可以得到声波传到每一个接收装置的绝对时间。由于声波传播速度已知，因此，可以计算出目标物体与每一个接收装置之间的距离，该距离是声波从目标物体所处的位置沿波导体传播到接收装置的传播距离。可选地，可以采用如下方式对目标物体的位置进行定位：分别以每一个接收装置所处的位置为圆心，以目标物体到该接收装置的距离为半径，构造出多个圆，将圆的公共交点确定为目标物体的位置。即：以第一预定位置为圆心，以第一传播距离为半径，在平面类波导体或者曲面类波导体上构造第一圆形；以第二预定位置为圆心，以第二传播距离为半径，在平面类波导体或者曲面类波导体上构造第二圆形；以第三预定位置为圆心，以第三传播距离为半径，在平面类波导体或者曲面类波导体上构造第三圆形；将第一圆形、第二圆形和第三圆形的公共交点确定为目标物体的位置。
作为本发明实施例的一种可选的实施方式，如图8所示，当波导体为平面类波导体或者曲面类的波导体，且发射装置与每一个接收装置之间设置有同步信号时，根据接收时间、声波在波导体中传播速度以及预定位置对目标物体的位置进行定位可以包括如下步骤：
步骤S801,各声波接收传感器接收声波信号。在本发明实施例中，平面类波导体可以视作是曲面类波导体的一种特殊情况，以曲面类波导体为例：目标物体在曲面类波导体上移动。曲面类波导体上预先设置至少三个接收传感器。发射传感器与接收传感器之间设置有同步信号。目标物体上携带有声波发射装置，在对目标物体进行定位时，声波发射装置发出声波，声波在波导体中传播，并由声波接收传感器接收。
步骤S802,计算声波从发射传感器传播到接收传感器的绝对时间(t1,t2,t3...)。由于发射传感器与接收传感器之间设置有同步信号，因此，在接收传感器接收到声波时，即可得到声波从发射传感器传播到接收传感器的绝对时间(传播过程的时间)。
步骤S803,Li＝V×ti，计算声波从发射传感器传播到各接收传感器的传播距离(L1、L2、L3...)。由于声波在波导体中传播速度是已知的，因此，可以计算出声波传播到每一个接收传感器的传播距离。
步骤S804，以接收传感器为圆心，以声波从发射传感器传播到该接收传感器的传播距离为半径，构造多个圆。由于接收传感器至少为三个，因此，至少可以构造出三个圆。其中，构造出的圆的半径是沿声波在曲面波导体中的传播路径计算的。
步骤S805，确定多圆的公共交点，并将公共交点作为目标物体的位置。
例如：如图9所示，以对在起伏的坡面行走的机器人进行定位为例，机器人携带有声波发射传感器，声波发射源发射信号驱动声波发射传感器产生声波，声波发射传感器与声波接收传感器之间设置有同步信号，在声波发射传感器发射声波的同时，声波接收传感器开始接受声波信号，如此便可获得声波从发射传感器到各接收传感器之间的绝对时间，如声波从发射传感器传播到接收传感器1的传播时间t1,声波从发射传感器传播到接收传感器2的传播时间t2，以及声波从发射传感器传播到接收传感器1的传播时间t3，由于声波在起伏坡面的传播速度V是已知的，利用距离L＝V×t可以计算出声波发射源到各声波接收传感器的距离，其中，距离L是声波沿着起伏坡面传播的路径长。以每一个声波接收传感器为圆心，以声波发射源到该声波接收传感器的距离为半径，在起伏坡面上作出多个圆，多个圆有公共交点即为声波发射源的位置，也就是机器人的位置。
例如：如图10所示，以对在球形储罐内、外表面行走的机器人进行定位为例，机器人沿球罐内、外表面行走，并携带有声波发射传感器，声波接收传感1、声波接收传感2和声波接收传感3设置于球罐的外表面上，用于接收沿球罐结构传播的声波。通过在声波发射传感器和声波接收传感器之间设置同步信号，并由声波接收传感器记录接收声波的时间，可得到从发射传感器到各接收传感器之间的绝对时间，如声波从发射传感器传播到接收传感器1的传播时间t1、声波从发射传感器传播到接收传感器2的传播时间t2以及声波从发射传感器传播到接收传感器3的传播时间t3，再根据已知的声波在球罐结构中的传播速度，进一步计算出声波发射传感器到各接收传感器的距离L1、L2、L3，此距离为声波沿球罐结构传播的路径长。以每一个接收传感器为圆心，以声波发射传感器到各接收传感器的距离为半径，在球罐表面上作出一系列的圆，这些圆的交点便是机器人的位置。
为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，本发明实施例还提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行上述的声波导航定位方法。
为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，本发明实施例还提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行上述的声波导航定位方法。
根据本发明实施例，提供了一种声波定位装置，图11是根据本发明实施例的一种声波导航定位装置的示意图，如图11所示，该装置包括：
控制单元1110，用于控制发射装置在波导体中产生声波，其中，目标物体包括：发射装置，目标物体位于波导体的表面上，声波从目标物体的位置开始沿波导体传播。目标物体是待定位的物体，目标物体位于波导体的表面上，可以在波导体的表面上移动，波导体可以进行声波的传播。目标物体携带有声波的发射装置，可选地，声波发射装置可以由声波发射源和声波发射传感器两部分组成，其中，声波发射源用于驱动声波发射传感器产生声波。目标物体可以同时携带有声波发射源和声波发射传感器，也可以只携带有声波发射传感器，在声波发射源对发出声波驱动信号时，目标物体携带的声波发射传感器在波导体中的产生声波，声波由目标物体所在的位置沿波导体向周围传播。其中，声波发射装置在波导体中产生的声波可以是多种形式的声波，例如：应力波、超声导波、次声波等。
记录单元1120，用于记录接收装置接收到声波的接收时间，其中，接收装置设置在波导体的预定位置，在声波沿波导体传播到预定位置时，接收装置接收声波。接收装置预先设置在波导体的预定位置上，并且预定位置是已知的，当声波沿波导体传播到接收装置所在的位置时被接收装置接收。记录下接收装置接收到声波的时间。
定位单元1130，用于根据接收时间、声波在波导体中传播速度以及接收装置的预定位置对目标物体的位置进行定位。声波在波导体中传播速度是已知的，根据声波在波导体中传播速度、声波接收装置接收声波的时间以及声波接收装置的预定位置，即可以确定目标物体在波导体上所处的位置。
在本发明实施例中，通过目标物体携带发射装置，利用发射装置在波导体中产体声波使声波在波导体中传播，并利用设置在预定位置的接收装置接收声波，达到了利用声波对目标物体进行定位的目的，从而实现了在利用声波对目标物体进行定位时，不受空间中障碍物及空间介质影响的技术效果，并且定位范围较大，进而解决了利用声波在空间中直线传播的导航定位方法的定位范围小、定位精度不够高且无法在接收装置和目标体之间存在障碍物、空间介质不均或目标体在曲面上运动时进行定位的技术问题。
可选地，波导体为直线类波导体或者曲线类波导体，接收装置至少包括第一接收装置和第二接收装置，第一接收装置设置在第一预定位置，第二接收装置设置在第二预定位置，定位单元包括：第一获取模块，用于获取声波传播到第一预定位置的第一传播时间和声波传播到第二预定位置的第二传播时间的时间差值；第一计算模块，用于根据时间差值和传播速度计算出声波传播到第一预定位置的第一传播距离与声波传播到第二预定位置的第二传播距离的距离差值；第一定位模块，用于根据第一预定位置、第二预定位置和距离差值对目标物体的位置进行定位，其中，目标物体的位置位于第一预定位置和第二预定位置之间。
在本发明实施例的一种可选的实施方式中，波导体可以是直线类波导体或者曲线类的波导体，其中，直线类波导体或者曲线类波导体是指长度与半径之比非常大的波导体，例如：管道、棒材以及钢梁等均可以认为是直线类波导体或者曲线类波导体。直线类波导体可以视作是曲线类波导体的一种特殊情况，以曲线类波导体为例：目标物体在曲线波导体上移动，根据曲线类波导体的实际长度，可以选择在曲线类波导体上预先设置有两个或者两个以上的接收装置来接收声波，并且每一个接收装置的位置是已知的。目标物体上携带有声波发射装置，当目标物体在曲线类波导体上移动，并且其位置处于预设设置的任意两个接收装置之间时，令发射装置产生声波，以使声波在曲线类波导体上传播，当声波传播至接收装置所在的位置时，记录下接收装置接收到声波的接收时间，进而根据不同的接收装置接收到声波的时间的差值以及声波传播速度，可以计算出声波传播到不同的接收装置的距离差值。由于接收装置的位置是已知的，而声波传播到不同的接收装置的距离差值也就是目标物体到不同的接收装置的距离的差值，因此，可以确定出目标物体的具体位置。如图2所示，目标物体位于接收装置1和接收装置2所处的位置之间，t1是声波传播到接收装置1所用的时间，t2是声波传播到接收装置2所用的时间，其中，由于声波发射装置发出声波的时间是未知的，所以t1和t2是未知的，但声波传播到接收装置1和接收装置2的时间差t2-t1是已知的，也就是接收装置1接收到声波的时间与接收装置2接收到声波的时间差。d是声波传播到接收装置1的传播距离，是未知的，D是接收装置1与接收装置2的距离，是已知的。D与d具有如下关系：
因此，可以得出其中，V是声波在波导体中传播速度。在得出声波传播到接收装置1的传播距离之后，即确定了目标物体在波导体上的具体位置。需要说明的是，在定位的过程中，声波的传播距离为声波沿曲线类波导体传播的距离，接收传感器之间的距离为声波在接收传感器之间传播的路径长度。而目标物体的位置应该位于任意两个接收装置之间，当目标物体的位置位于所有接收装置的同一侧时，会出到定位盲区，无法完成对目标物体的定位。
例如：如图4所示，以对管道内的进行控测的机器人进行定位为例，机器人行走于长输管道内部，由于长输管道的长度与半径之比非常大，因此，长输管道可以认为是曲线类的波导体。机器人携带有声波发射传感器(相当于发射装置)，声波接收传感器阵列1、2、3、4(相当于接收装置)设置与管道外表面，用于接收沿管道结构传播的声波。在对机器进行定位时，控制声波发射传感器向管道结构中发射声波，并由声波接收传感器接收声波。如图4所示，当机器人运动到图示位置时，可以选择通过接收传感器2和接收传感器3来进行定位，即根据声波接收传感器2和3接收到的声波信号，计算出声波传播到接收传感器2和接收传感器3的时间差△t23，其中，d2为机器人与接收传感器2的距离，D23为接收传感器2和接收传感器3之间的距离，V是声波在管道结构中的传播速度，则可以利用关系式：得到机器人与接收传感器2的距离，从而确定机器人在管道中的位置。
可选地，波导体为平面类波导体或者曲面类波导体，接收装置至少包括第一接收装置、第二接收装置和第三接收装置，第一接收装置设置在第一预定位置，第二接收装置设置在第二预定位置，第三接收装置设置在第三预定位置，定位单元包括：第二获取模块，用于获取第一时间差值，第二时间差值和第三时间差值，其中，第一时间差值为声波传播到第一预定位置的第一传播时间和声波传播到第二预定位置的第二传播时间的时间差值，第二时间差值为声波传播到第二预定位置的第二传播时间和声波传播到第三预定位置的第三传播时间的时间差值，第三时间差值为声波传播到第二预定位置的第二传播时间和声波传播到第三预定位置的第三传播时间的时间差值；第二计算单元，用于根据第一时间差值、第二时间差值、第三时间差值以及传播速度计算出第一距离差值、第二距离差值和第三距离差值，其中，第一距离差值为声波传播到第一预定位置的第一传播距离与声波传播到第二预定位置的第二传播距离的距离差值，第二距离差值为声波传播到第二预定位置的第二传播距离与声波传播到第三预定位置的第三传播距离的距离差值，第三距离差值为声波传播到第一预定位置的第一传播距离与声波传播到第三预定位置的第三传播距离的距离差值；第二定位模块，用于根据第一预定位置、第二预定位置、第三预定位置以及第一距离差值、第二距离差值、第三距离差值对目标物体的位置进行定位。
在本发明实施例的一种可选的实施方式中，波导体可以是平面类波导体或者曲面类波导体，其中，平面类波导体可以视作是曲面类波导体的一种特殊情况，以曲面类波导体为例：目标物体在曲面类波导体上移动，根据曲面类波导体的实际面积的大小，可以选择在曲面类波导体上预先设置有三个或者三个以上的接收装置来接收声波，并且每一个接收装置的位置是已知的。目标物体上携带有声波发射装置，在对目标物体进行定位时，令发射装置产生声波，以使声波从目标物体所处的位置沿曲面类波导体向四周传播。当声波传播至接收装置所在的位置时，记录下接收装置接收到声波的接收时间。根据任意三个接收装置(第一接收装置、第二接收装置和第三接收装置)接收到声波的时间的差值以及声波传播速度，可以计算出声波传播到上述三个接收装置的距离差值。由于每一个接收装置的位置是已知的，而声波传播到不同的接收装置的距离差值也就是目标物体到不同的接收装置的距离的差值，因此，可以确定出目标物体的具体位置。
作为本发明实施例的一种可选的实施方式，由于声波传播到不同的接收装置的距离差值也就是目标物体到不同的接收装置的距离的差值，可以根据目标物体与任意两个传感器的距离差值，构造多条双曲线，将多条双曲线的公共交点作为目标物体的位置，从而实现对目标物体的定位。可选地，接收传感器至少包括：接收传感器1、接收传感器2和接收传感器3，先以接收传感器1和接收传感器2为焦点，根据目标物体到接收传感器1和接收传感器2的距离差值，构造第一双曲线，然后以接收传感器2和接收传感器3为焦点，根据目标物体到接收传感器2和接收传感器3的距离差值，构造第二双曲线，再以接收传感器1和接收传感器3为焦点，根据目标物体到接收传感器1和接收传感器3的距离差值，构造第三双曲线，将三条双曲线的公共交点作为目标物体的位置。即，第二定位模块包括：第一构造子模块，用于根据第一预定位置、第二预定位置和第一距离差值在波导体上构造第一双曲线，其中，第一预定位置和第二预定位置为第一双曲线的焦点；第二构造子模块，用于根据第二预定位置、第三预定位置和第二距离差值在波导体上构造第二双曲线，其中，第二预定位置和第三预定位置为第二双曲线的焦点；第三构造子模块，用于根据第一预定位置、第三预定位置和第三距离差值在波导体上构造第三双曲线，其中，第一预定位置和第三预定位置为第三双曲线的焦点；确定子模块，用于根据第一双曲线、第二双曲线和第三双曲线的公共交点确定目标物体的位置。需要说明的是，在构造多条双曲线，以对目标物体进行定位时，可以根据目标物体与作为焦点的预定位置的距离差值，仅构造双曲线在其中一支，这样构造出的多条双曲线的公共交点只有一个，该交点即为目标物体的定位位置；也可以在构造双曲线的过程中，不考虑目标物体与作为焦点的预定位置的远近，从而构造出完整的两条双曲线，这样构造出的双曲线的公共交点有两个，需要再根据目标物体与两焦点的距离差的正负，消除一个伪定位点，进而确定出目标物体的定位位置。如图5所示，构造三条双曲线得到三条双曲线的两个公共交点，根据目标物体与任意两个接收传感器距离差值，可以去除一个公共交点，将剩下的公共交点确定为目标物体的位置。需要说明的是，在对曲面波导体上的目标物体定位过程中，在构造双曲线时，应当沿声波在曲面波导体中的传播路径计算目标物体与接收装置的距离差。
例如：如图7所示，以对在储罐底板行走的机器人进行定位为例，机器人上携带有声波发射传感器，在储罐底板边外部设置声波接收传感器1、声波接收传感器2和声波接收传感器3，在对机器人进行定位时，控制声波发射传感器在某一时刻发射声波，声波接收传感器接收沿储罐底板传播的声波，并记录接收到声波的时间。由于声波的发射时间未知，因此无法获取到声波发射到接收的绝对时间，但可获得各声波接收传感器接收到的声波信号的时间差值，其中，声波接收传感器1与声波接收传感器2接收到声波的时间差为△t12，声波接收传感器1与声波接收传感器3接收到声波的时间差为△t13，声波接收传感器2与声波接收传感器3接收到声波的时间差为△t23。由于声波沿储罐底板传播速度已知，因此，可以求得声波发射源到各接收传感器的距离差，其中，声波发射源到接收传感器1和到声波传感器2的距离差为△L12、声波发射源到接收传感器1和到声波传感器3的距离差为△L13、声波发射源到接收传感器2和到声波传感器3的距离差为△L23。即：MA-MB＝△L12，MA-MC＝△L13，MB-MC＝△L23。以任意两个声波接收传感器位置坐标为焦点，根据声波发射源到相应的两个接收传感器的距离差构造出三条双曲线，并将双曲线的公共交点确定为机器人在储罐底板上的位置。
可选地，波导体为平面类波导体或者曲面类波导体，接收装置至少包括第一接收装置、第二接收装置和第三接收装置，第一接收装置设置在第一预定位置，第二接收装置设置在第二预定位置，第三接收装置设置在第三预定位置，发射装置与每一个接收装置之间设置有同步信号，定位单元包括：第三获取模块，用于根据同步信号和接收时间获取第一传播时间、第二传播时间和第三传播时间，其中，第一传播时间为声波传播到第一预定位置的传播时间，第二传播时间为声波传播到第二预定位置的传播时间，第三传播时间为声波传播到第三预定位置的传播时间；第三计算模块，用于根据第一传播时间、第二传播时间、第三传播时间和传播速度计算出第一传播距离、第二传播距离和第三传播距离，其中，第一传播距离为声波从发射装置的位置传播到第一预定位置的传播距离，第二传播距离为声波从发射装置的位置传播到第二预定位置的传播距离，第三传播距离为声波从发射装置的位置传播到第三预定位置的传播距离；第三定位模块，用于根据第一传播距离、第二传播距离、第三传播距离以及第一预定位置、第二预定位置、第三预定位置对目标物体的位置进行定位。
在本发明实施例的一种可选的实施方式中，发射装置与每一个接收装置之间设置有同步信号，在发射装置发出的声波沿波导体传播并被接收装置接收之后，根据同步信号和接收装置接收到声波的时间，可以得到声波传到每一个接收装置的绝对时间。由于声波传播速度已知，因此，可以计算出目标物体与每一个接收装置之间的距离，该距离是声波从目标物体所处的位置沿波导体传播到接收装置的传播距离。可选地，可以采用如下方式对目标物体的位置进行定位：分别以每一个接收装置所处的位置为圆心，以目标物体到该接收装置的距离为半径，构造出多个圆，将圆的公共交点确定为目标物体的位置。即在第三定位模块中可以包括：第四构造子模块，用于以第一预定位置为圆心，以第一传播距离为半径，在平面类波导体或者曲面类波导体上构造第一圆形；第五构造子模块，用于以第二预定位置为圆心，以第二传播距离为半径，在平面类波导体或者曲面类波导体上构造第二圆形；第六构造子模块，用于以第三预定位置为圆心，以第三传播距离为半径，在平面类波导体或者曲面类波导体上构造第三圆形；第二确定子模块，用于将第一圆形、第二圆形和第三圆形的公共交点确定为目标物体的位置。
例如：如图9所示，以对在起伏的坡面行走的机器人进行定位为例，机器人携带有声波发射传感器，声波发射源发射信号驱动声波发射传感器产生声波，声波发射传感器与声波接收传感器之间设置有同步信号，在声波发射传感器发射声波的同时，声波接收传感器开始接受声波信号，如此便可获得声波从发射传感器到各接收传感器之间的绝对时间，如声波从发射传感器传播到接收传感器1的传播时间t1,声波从发射传感器传播到接收传感器2的传播时间t2，以及声波从发射传感器传播到接收传感器1的传播时间t3，由于声波在起伏坡面的传播速度V是已知的，利用距离L＝V×t可以计算出声波发射源到各声波接收传感器的距离，其中，距离L是声波沿着起伏坡面传播的路径长。以每一个声波接收传感器为圆心，以声波发射源到该声波接收传感器的距离为半径，在起伏坡面上作出多个圆，多个圆有公共交点即为声波发射源的位置，也就是机器人的位置。
例如：如图10所示，以对在球形储罐内、外表面行走的机器人进行定位为例，机器人沿球罐内、外表面行走，并携带有声波发射传感器，声波接收传感1、声波接收传感2和声波接收传感3设置于球罐的外表面上，用于接收沿球罐结构传播的声波。通过在声波发射传感器和声波接收传感器之间设置同步信号，并由声波接收传感器记录接收声波的时间，可得到从发射传感器到各接收传感器之间的绝对时间，如声波从发射传感器传播到接收传感器1的传播时间t1、声波从发射传感器传播到接收传感器2的传播时间t2以及声波从发射传感器传播到接收传感器3的传播时间t3，再根据已知的声波在球罐结构中的传播速度，进一步计算出声波发射传感器到各接收传感器的距离L1、L2、L3，此距离为声波沿球罐结构传播的路径长。以每一个接收传感器为圆心，以声波发射传感器到各接收传感器的距离为半径，在球罐表面上作出一系列的圆，这些圆的交点便是机器人的位置。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (14)
1.一种声波导航定位方法，其特征在于，包括：
控制发射装置在波导体中产生声波，其中，目标物体包括：所述发射装置，所述目标物体位于所述波导体的表面上，所述声波从所述目标物体的位置开始沿所述波导体传播；
记录接收装置接收到所述声波的接收时间，其中，所述接收装置设置在所述波导体的预定位置，在所述声波沿所述波导体传播到所述预定位置时，所述接收装置接收所述声波；
根据所述接收时间、所述声波在所述波导体中传播速度以及所述接收装置的所述预定位置对所述目标物体的位置进行定位。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述波导体为直线类波导体或者曲线类波导体，所述接收装置至少包括第一接收装置和第二接收装置，所述第一接收装置设置在第一预定位置，所述第二接收装置设置在第二预定位置，根据所述接收时间、所述声波在所述波导体中传播速度以及所述预定位置对所述目标物体的位置进行定位包括：
获取所述声波传播到所述第一预定位置的第一传播时间和所述声波传播到所述第二预定位置的第二传播时间的时间差值；
根据所述时间差值和所述传播速度计算出所述声波传播到所述第一预定位置的第一传播距离与所述声波传播到所述第二预定位置的第二传播距离的距离差值；
根据所述第一预定位置、所述第二预定位置和所述距离差值对所述目标物体的位置进行定位，其中，所述目标物体的位置位于所述第一预定位置和所述第二预定位置之间。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述波导体为平面类波导体或者曲面类波导体，所述接收装置至少包括第一接收装置、第二接收装置和第三接收装置，所述第一接收装置设置在第一预定位置，所述第二接收装置设置在第二预定位置，所述第三接收装置设置在第三预定位置，根据所述接收时间、所述声波在所述波导体中传播速度以及所述预定位置对所述目标物体的位置进行定位包括：
获取第一时间差值，第二时间差值和第三时间差值，其中，所述第一时间差值为所述声波传播到所述第一预定位置的第一传播时间和所述声波传播到所述第二预定位置的第二传播时间的时间差值，所述第二时间差值为所述声波传播到所述第二预定位置的第二传播时间和所述声波传播到所述第三预定位置的第三传播时间的时间差值，所述第三时间差值为所述声波传播到所述第二预定位置的第二传播时间和所述声波传播到所述第三预定位置的第三传播时间的时间差值；
根据所述第一时间差值、所述第二时间差值、所述第三时间差值以及所述传播速度计算出第一距离差值、第二距离差值和第三距离差值，其中，所述第一距离差值为所述声波传播到所述第一预定位置的第一传播距离与所述声波传播到所述第二预定位置的第二传播距离的距离差值，所述第二距离差值为所述声波传播到所述第二预定位置的第二传播距离与所述声波传播到所述第三预定位置的第三传播距离的距离差值，所述第三距离差值为所述声波传播到所述第一预定位置的第一传播距离与所述声波传播到所述第三预定位置的第三传播距离的距离差值；
根据所述第一预定位置、所述第二预定位置、第三预定位置以及所述第一距离差值、第二距离差值、第三距离差值对所述目标物体的位置进行定位。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述第一预定位置、所述第二预定位置、第三预定位置以及所述第一距离差值、第二距离差值、第三距离差值对所述目标物体的位置进行定位包括：
根据所述第一预定位置、所述第二预定位置和所述第一距离差值在所述波导体上构造第一双曲线，其中，所述第一预定位置和所述第二预定位置为所述第一双曲线的焦点；
根据所述第二预定位置、所述第三预定位置和所述第二距离差值在所述波导体上构造第二双曲线，其中，所述第二预定位置和所述第三预定位置为所述第二双曲线的焦点；
根据所述第一预定位置、所述第三预定位置和所述第三距离差值在所述波导体上构造第三双曲线，其中，所述第一预定位置和所述第三预定位置为所述第三双曲线的焦点；
根据所述第一双曲线、所述第二双曲线和所述第三双曲线的公共交点确定所述目标物体的位置。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述波导体为平面类波导体或者曲面类波导体，所述接收装置至少包括第一接收装置、第二接收装置和第三接收装置，所述第一接收装置设置在第一预定位置，所述第二接收装置设置在第二预定位置，所述第三接收装置设置在第三预定位置，所述发射装置与每一个所述接收装置之间设置有同步信号，根据所述接收时间、所述声波在所述波导体中的传播速度以及所述预定位置确定所述目标物体的位置包括：
根据所述同步信号和所述接收时间获取第一传播时间、第二传播时间和第三传播时间，其中，所述第一传播时间为所述声波传播到所述第一预定位置的传播时间，所述第二传播时间为所述声波传播到所述第二预定位置的传播时间，所述第三传播时间为所述声波传播到所述第三预定位置的传播时间；
根据所述第一传播时间、所述第二传播时间、所述第三传播时间和所述传播速度计算出第一传播距离、第二传播距离和第三传播距离，其中，所述第一传播距离为所述声波从所述发射装置的位置传播到所述第一预定位置的传播距离，所述第二传播距离为所述声波从所述发射装置的位置传播到所述第二预定位置的传播距离，所述第三传播距离为所述声波从所述发射装置的位置传播到所述第三预定位置的传播距离；
根据所述第一传播距离、第二传播距离、第三传播距离以及所述第一预定位置、第二预定位置、第三预定位置对所述目标物体的位置进行定位。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述第一传播距离、第二传播距离、第三传播距离以及所述第一预定位置、第二预定位置、第三预定位置对所述目标物体的位置进行定位包括：
以所述第一预定位置为圆心，以所述第一传播距离为半径，在所述波导体上构造第一圆形；
以所述第二预定位置为圆心，以所述第二传播距离为半径，在所述波导体上构造第二圆形；
以所述第三预定位置为圆心，以所述第三传播距离为半径，在所述波导体上构造第三圆形；
将所述第一圆形、所述第二圆形和所述第三圆形的公共交点确定为所述目标物体的位置。
7.一种声波导航定位装置，其特征在于，包括：
控制单元，用于控制发射装置在波导体中产生声波，其中，目标物体包括：所述发射装置，所述目标物体位于所述波导体的表面上，所述声波从所述目标物体的位置开始沿所述波导体传播；
记录单元，用于记录接收装置接收到所述声波的接收时间，其中，所述接收装置设置在所述波导体的预定位置，在所述声波沿所述波导体传播到所述预定位置时，所述接收装置接收所述声波；
定位单元，用于根据所述接收时间、所述声波在所述波导体中传播速度以及所述接收装置的所述预定位置对所述目标物体的位置进行定位。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述波导体为直线类波导体或者曲线类波导体，所述接收装置至少包括第一接收装置和第二接收装置，所述第一接收装置设置在第一预定位置，所述第二接收装置设置在第二预定位置，所述定位单元包括：
第一获取模块，用于获取所述声波传播到所述第一预定位置的第一传播时间和所述声波传播到所述第二预定位置的第二传播时间的时间差值；
第一计算模块，用于根据所述时间差值和所述传播速度计算出所述声波传播到所述第一预定位置的第一传播距离与所述声波传播到所述第二预定位置的第二传播距离的距离差值；
第一定位模块，用于根据所述第一预定位置、所述第二预定位置和所述距离差值对所述目标物体的位置进行定位，其中，所述目标物体的位置位于所述第一预定位置和所述第二预定位置之间。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述波导体为平面类波导体或者曲面类波导体，所述接收装置至少包括第一接收装置、第二接收装置和第三接收装置，所述第一接收装置设置在第一预定位置，所述第二接收装置设置在第二预定位置，所述第三接收装置设置在第三预定位置，所述定位单元包括：
第二获取模块，用于获取第一时间差值，第二时间差值和第三时间差值，其中，所述第一时间差值为所述声波传播到所述第一预定位置的第一传播时间和所述声波传播到所述第二预定位置的第二传播时间的时间差值，所述第二时间差值为所述声波传播到所述第二预定位置的第二传播时间和所述声波传播到所述第三预定位置的第三传播时间的时间差值，所述第三时间差值为所述声波传播到所述第二预定位置的第二传播时间和所述声波传播到所述第三预定位置的第三传播时间的时间差值；
第二计算单元，用于根据所述第一时间差值、所述第二时间差值、所述第三时间差值以及所述传播速度计算出第一距离差值、第二距离差值和第三距离差值，其中，所述第一距离差值为所述声波传播到所述第一预定位置的第一传播距离与所述声波传播到所述第二预定位置的第二传播距离的距离差值，所述第二距离差值为所述声波传播到所述第二预定位置的第二传播距离与所述声波传播到所述第三预定位置的第三传播距离的距离差值，所述第三距离差值为所述声波传播到所述第一预定位置的第一传播距离与所述声波传播到所述第三预定位置的第三传播距离的距离差值；
第二定位模块，用于根据所述第一预定位置、所述第二预定位置、第三预定位置以及所述第一距离差值、第二距离差值、第三距离差值对所述目标物体的位置进行定位。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第二定位模块包括：
第一构造子模块，用于根据所述第一预定位置、所述第二预定位置和所述第一距离差值在所述波导体上构造第一双曲线，其中，所述第一预定位置和所述第二预定位置为所述第一双曲线的焦点；
第二构造子模块，用于根据所述第二预定位置、所述第三预定位置和所述第二距离差值在所述波导体上构造第二双曲线，其中，所述第二预定位置和所述第三预定位置为所述第二双曲线的焦点；
第三构造子模块，用于根据所述第一预定位置、所述第三预定位置和所述第三距离差值在所述波导体上构造第三双曲线，其中，所述第一预定位置和所述第三预定位置为所述第三双曲线的焦点；
第一确定子模块，用于根据所述第一双曲线、所述第二双曲线和所述第三双曲线的公共交点确定所述目标物体的位置。
11.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述波导体为平面类波导体或者曲面类波导体，所述接收装置至少包括第一接收装置、第二接收装置和第三接收装置，所述第一接收装置设置在第一预定位置，所述第二接收装置设置在第二预定位置，所述第三接收装置设置在第三预定位置，所述发射装置与每一个所述接收装置之间设置有同步信号，所述定位单元包括：
第三获取模块，用于根据所述同步信号和所述接收时间获取第一传播时间、第二传播时间和第三传播时间，其中，所述第一传播时间为所述声波传播到所述第一预定位置的传播时间，所述第二传播时间为所述声波传播到所述第二预定位置的传播时间，所述第三传播时间为所述声波传播到所述第三预定位置的传播时间；
第三计算模块，用于根据所述第一传播时间、所述第二传播时间、所述第三传播时间和所述传播速度计算出第一传播距离、第二传播距离和第三传播距离，其中，所述第一传播距离为所述声波从所述发射装置的位置传播到所述第一预定位置的传播距离，所述第二传播距离为所述声波从所述发射装置的位置传播到所述第二预定位置的传播距离，所述第三传播距离为所述声波从所述发射装置的位置传播到所述第三预定位置的传播距离；
第三定位模块，用于根据所述第一传播距离、第二传播距离、第三传播距离以及所述第一预定位置、第二预定位置、第三预定位置对所述目标物体的位置进行定位。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第三定位模块包括：
第四构造子模块，用于以所述第一预定位置为圆心，以所述第一传播距离为半径，在所述波导体上构造第一圆形；
第五构造子模块，用于以所述第二预定位置为圆心，以所述第二传播距离为半径，在所述波导体上构造第二圆形；
第六构造子模块，用于以所述第三预定位置为圆心，以所述第三传播距离为半径，在所述波导体上构造第三圆形；
第二确定子模块，用于将所述第一圆形、所述第二圆形和所述第三圆形的公共交点确定为所述目标物体的位置。
13.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行权利要求1至权利要求6中任意一项所述的声波导航定位方法。
14.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1至权利要求6中任意一项所述的声波导航定位方法。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118191738A (zh) * | 2024-05-15 | 2024-06-14 | 中国特种设备检测研究院 | 一种储罐底板在油检测机器人的定位方法、装置及产品 |
| CN118191738B (zh) * | 2024-05-15 | 2024-07-09 | 中国特种设备检测研究院 | 一种储罐底板在油检测机器人的定位方法、装置及产品 |
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| CN106959435B (zh) | 2023-12-08 |
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