CN108008356A - 一种机器人定位系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人定位系统及方法，其中，该系统包括：主发射器、至少两个辅发射器以及至少一个定位机器人；所述定位机器人用于向所述主发射器发送定位请求信号；所述主发射器用于接收定位机器人发送的定位请求信号，后向所述至少两个辅发射器发送射频信号，同时向定位机器人发送超声波信号；所述至少两个辅发射器用于接收所述主发射器发送的射频信号，并在接收到所述射频信号时向所述定位机器人发送超声波信号。采用该系统，可以实现机器人主动定位，系统耗能较低的目的；同时主发射器和至少两个辅发射器同时向定位机器人发送超声波信号，解决多路超声波信号同步性较差的问题，提高定位精度。

Description

一种机器人定位系统及方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种机器人定位系统及方法。

背景技术

空间测距技术在生活中的应用越来越广泛，其中超声波测距，因其可靠性高、价格低廉、实施性强等优点被广泛采用。

超声波测距，通过超声波发射装置发出超声波，根据定位机器人接收到超声波时的时间差就可以测量距离，即利用超声波测量距离。现有技术中通过采用多路超声波发射装置，可以实现被测物体在空间中的定位。

但是，现有技术中，对于物体在空间中的精确定位，采用多路超声波发射装置，往往存在多路超声波发射装置发出的超声波信号同步性较差，测量精度不高，无法做到物体在空间中的精确定位。

同时，一套定位系统中，实时监测各个定位机器人的位置，需要超声波发射装置不断的向外发射超声波，耗能较高。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种机器人定位系统及方法，以解决现有技术中多路超声波信号同步性较差的问题，提高定位精度。

第一方面，本发明实施例提供了一种机器人定位系统，包括：

主发射器、至少两个辅发射器以及至少一个定位机器人；

所述至少一个定位机器人用于向所述主发射器发送定位请求信号；

所述主发射器用于接收所述至少一个定位机器人发送的定位请求信号，向所述至少两个辅发射器发送射频信号，同时向所述至少一个定位机器人发送超声波信号；

所述至少两个辅发射器用于接收所述主发射器发送的射频信号，并在接收到所述射频信号时向所述至少一个定位机器人发送超声波信号。

第二方面，本发明实施例还提供了一种机器人定位方法，包括：

至少一个定位机器人向主发射器发送定位请求信号；

所述主发射器接收所述至少一个定位机器人发送的定位请求信号，向至少两个辅发射器发送射频信号，并向所述至少一个定位机器人发送超声波信号；

所述至少两个辅发射器接收所述主发射器发送的射频信号，并在接收到所述射频信号时向至少一个定位机器人发送超声波信号。

本发明实施例提供的机器人定位系统及方法，通过至少一个定位机器人向主发射器发送定位请求信号，所述主发射器接收所述定位机器人发送的定位请求信号，所述主发射器向至少两个辅发射器发送射频信号，并向所述定位机器人发送超声波信号，所述至少两个辅发射器接收所述主发射器发送的射频信号，并在接收到所述射频信号时向定位机器人发送超声波信号，由于射频信号在空气中的传播速度远大于超声波信号在空气中的传播速度，实现了主发射器和至少两个辅发射器同时向定位机器人发送超声波信号目的，解决了现有技术中多路超声波信号同步性较差的问题，提高了定位精度。同时，主发射器和至少两个辅发射器针对发送定位请求的定位机器人发送超声波信号，解决了需要不断发出超声波信号的问题，实现机器人主动定位，系统耗能较低。

附图说明

为了更加清楚地说明本发明示例性实施例的技术方案，下面对描述实施例中所需要用到的附图做一简单介绍。显然，所介绍的附图只是本发明所要描述的一部分实施例的附图，而不是全部的附图，对于本领域普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图得到其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的一种机器人定位系统的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的另一种机器人定位系统的结构示意图；

图3是本发明实施例二提供的一种机器人定位方法的流程图。

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，以下将结合本发明实施例中的附图，通过具体实施方式，完整地描述本发明的技术方案。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例，均落入本发明的保护范围之内。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的一种机器人定位系统的结构示意图。如图1所示，该系统包括：主发射器120、至少两个辅发射器130以及至少一个定位机器人110；

其中，至少一个定位机器人110用于向主发射器120发送定位请求信号；

主发射器120用于接收至少一个定位机器人110发送的定位请求信号，向至少两个辅发射器130发送射频信号，同时向至少一个定位机器人110发送超声波信号；

至少两个辅发射器130用于接收主发射器120发送的射频信号，并在接收到上述射频信号时向至少一个定位机器人110发送超声波信号。

示例性的，定位机器人110上安装定位请求信号发送装置，用于向主发射器120发送定位请求信号，同时，定位机器人110上安装超声波信号接收装置，用于接收主发射器120和至少两个辅发射器130发送的超声波信号；主发射器120上安装定位请求信号接收装置、射频发送装置以及超声波发送装置，定位请求信号接收装置用于接收定位机器人110发送的定位请求信号，射频发送装置用于向辅发射器130发送射频信号，超声波发送装置用于向定位机器人110发送超声波信号；至少两个辅发射器130上安装射频信号接收装置以及超声波信号发送装置，射频信号接收装置用于接收主发射器120发送的射频信号，超声波信号发送装置用于在接收到射频信号时向定位机器人110发送超声波信号。图中，带有箭头的线表示各种信号的传播方向，其中，短横线代表定位请求信号，点划线代表射频信号，实线代表超声波信号。因为定位机器人110向主发射器120发送定位请求信号后，主发射器120及辅发射器130才会发出超声波信号，因此，在未接收到定位机器人110发送的定位请求信号时，主发射器120和辅发射器130均不向外发送超声波信号，进一步地，可设置其在这种情况下不产生超声波信号，从而在一定程度上降低了定位系统的能耗。同时，因为射频信号在空气中的传播速度远大于超声波信号在空气中的传播速度，因此，从主发射器120向至少两个辅发射器130发送射频信号到至少两个辅发射器130接收到射频信号的时间可以忽略不计，因此可以认为主发射器120与至少两个辅发射器130同时向定位机器人110发送超声波信号，这样，解决了现有技术中多路超声波信号同步性较差的问题，提高了定位精度。

需要说明的是，图1中示例性的以辅发射器1和辅发射器2对辅发射器做了位置区分，仅是为了对发明进行详细说明，但并非对本机器人定位系统的限定，本领域的技术人员在本发明的指导下，可任意设置辅发射器数量。

进一步地，对主发射器120接收到定位机器人110发送的定位请求信号后，主发射器120发送的信号的次数不作限定。示例性的，在接收到定位机器人110发送的定位请求信号后的一段时间内，主发射器120可以连续地向至少两个辅发射器130发送射频信号，同时向定位机器人110发送超声波信号，至少两个辅发射器130连续地接收主发射器120发送的射频信号，并在接收到所述射频信号时向定位机器人110发送超声波信号；也可以是在接收到定位机器人110发送的定位请求信号后的一段时间内，主发射器120定时向至少两个辅发射器130发射射频信号，同时向定位机器人110发送超声波信号，至少两个辅发射器130定时接收主发射器120发射的射频信号，并在接收到所述射频信号时向定位机器人110发送超声波信号。上述两种情况下，对于“一段时间”，本领域的技术人员可根据实际需要任意设置，例如5分钟、10分钟或者15分钟等，在此不作限定；同样，对于“定时”，本领域的技术人员可根据实际需要任意设置，例如信号发送间隔时间为30秒、1分钟或者2分钟，同样不作限定。此外，还可以是在定位机器人110发生位置变化时，定位机器人110向主发射器120发送定位请求信号，主发射器120接收到定位机器人110发送的定位请求信号后向至少两个辅发射器130发射射频信号，同时向定位机器人110发送超声波信号，至少两个辅发射器130接收主发射器120发射的射频信号，并在接收到所述射频信号时向定位机器人110发送超声波信号，这里不作具体限定。

进一步地，主发射器120和至少两个辅发射器130设置在不同的固定位置处，使得主发射器120和至少两个辅发射器130的位置是已知的。此外，设置至少两个辅发射器130的目的是为了使定位位置唯一。

具体的，辅发射器130/1和辅发射器130/2为中心，分别以某一半径做圆周，可以得到两个定位机器人110可能的位置，此时，再结合主发射器120的定位信息，可唯一确定定位机器人110的位置，从而进一步地提高了定位机器人的定位准确性。

需要说明的是，图1中示例性的示出了主发射器和两个辅发射器的相对位置，具体的，主发射器120和至少两个辅发射器130可以设置在定位机器人110所在空间的任意位置处，可以是顶部角落处，还可以是底部角落处，但并非对本机器人定位系统的限制。在本发明的指导下，辅发射器的数量和位置可任意设置。

进一步地，至少一个定位机器人110中，不同定位机器人110发送的定位请求信号不同。

其中，机器人定位系统中，定位机器人的数量可以为多个，图1中仅示例性的示出了一个定位机器人110，但并非对本机器人定位系统的限定，本领域的技术人员可根据实际需求任意设置定位机器人的数量。此时，为了区分不同机器人发出的定位请求信号，为每一个定位机器人设置不同的定位请求信号，例如，定位机器人110/1发送第一定位请求信号，定位机器人110/2发送第二定位请求信号，依此类推，第一定位请求信号和第二定位请求信号等定位请求信号各不相同，这样避免了信号混淆，使各定位机器人定位更准确。

进一步地，主发射器120和至少两个辅发射器130/1、130/2中，不同发射器发送的超声波信号的频率不同。

其中，示例性的，以一个定位机器人110/1和两个辅发射器130/1、130/2为例。定位机器人110/1向主发射器120发送第一定位请求信号，主发射器120接收到定位机器人110/1发送的第一定位请求信号后，向辅发射器130/1和辅发射器130/2发送第一射频信号，同时向定位机器人110/1发送第一频率超声波信号；辅发射器130/1接收到主发射器120发送的第一射频信号后向定位机器人110/1发送第二频率超声波信号；辅发射器130/2接收到主发射器120发送的第一射频信号后向定位机器人110/1发送第三频率超声波信号；对应不同的定位机器人110，主发射器120发送的射频信号不同，从而激发辅发射器发送不同频率的超声波信号；同时，第一频率、第二频率和第三频率等各不相同，使得定位机器人110通过超声波信号频率不同来区分主发射器120和至少两个辅发射器130发送的超声波信号。

图2是本发明实施例一提供的另一种机器人定位系统的结构示意图，在上述图1示出的实施方式的基础上，进一步地，本发明实施例一提供的机器人定位系统还包括第一计时器121，第一计时器121设置在主发射器120上，用于记录主发射器120的超声波信号的发送时间。

其中，因为射频信号在空气中的传播速度远大于超声波信号在空气中的传播速度，从而从主发射器120向至少两个辅发射器130发送射频信号到至少两个辅发射器130接收到射频信号的时间可以忽略不计，因此可以认为主发射器120与至少两个辅发射器130同时发送超声波信号，所以第一计时器121记录的是不同发射器的不同频率的各超声波信号的发送时间。这样，避免了在辅发射器上设置单独的计时器，简化了定位系统的设置。

进一步地，本发明实施例一提供的机器人定位系统还包括第二计时器111，第二计时器111设置于定位机器人110上，用于记录接收到各发射器发送的额频率不同的各超声波的接收时间。

进一步地，主发射器120还用于向定位机器人110发送第一计时器121记录的超声波信号的发送时间，定位机器人110还用于接收主发射器120发送的超声波信号的发送时间。定位机器人110还可以用于根据各超声波信号的发送时间以及接收时间，得到各超声波信号的传播时间，由于各超声波信号在空气中的传播速率已知，因而可得到定位机器人110与各发射器(主发射器120、至少两个辅发射器130/1和130/2)之间的距离。由于各发射器(主发射器120、至少两个辅发射器130/1和130/2)的位置固定且各不相同，通过定位机器人110与各发射器(主发射器120、至少两个辅发射器130/1和130/2)之间的距离，可以得到定位机器人110在空间中的精确定位。

进一步地，定位机器人110上还可以安装显示装置，用于实时显示定位机器人110在空间中的精确位置信息。

本发明实施例一提供的一种机器人定位系统，首先，主发射器用于向至少两个辅发射器发送射频信号，同时向定位机器人发送超声波信号，至少两个辅发射器用于接收主发射器发送的射频信号，并在接收到射频信号时向定位机器人发送超声波信号。本发明实施例提供的机器人定位系统可以实现主发射器和至少两个辅发射器同时向定位机器人发送超声波信号的目的，可以解决现有技术中多路超声波信号同步性较差的问题。其次，通过定位机器人接收设置在不同固定位置处的各发射器同步发送的超声波信号，同时记录各超声波信号的发送时间以及接收时间，得到定位机器人与各发射器之间的距离，进而实现定位机器人在空间中的精确定位。再次，定位机器人主动向主发射器发送定位请求信号，主发射器接收到定位机器人发送的定位请求信号后，机器人定位系统会对定位机器人进行定位，解决了现有技术中发射器需要不断向外发送超声波信号的问题，实现了在机器人未发送定位请求信号时，处于待机状态，降低了机器人定位系统的耗能。

实施例二

图3是本发明实施例二提供的一种机器人定位方法的流程示意图，本实施例以实施例一提供的机器人定位系统为基础，提供一种机器人定位方法。如图3所示，该方法包括：

S310、至少一个定位机器人向主发射器发送定位请求信号。

S320、所述主发射器接收所述至少一个定位机器人发送的定位请求信号，向至少两个辅发射器发送射频信号，并向所述至少一个定位机器人发送超声波信号。

S330、所述至少两个辅发射器接收所述主发射器发送的射频信号，并在接收到所述射频信号时向至少一个定位机器人发送超声波信号。

具体的，因为射频信号在空气中的传播速度远大于超声波信号在空气中的传播速度，从而从主发射器120向至少两个辅发射器130发送射频信号到至少两个辅发射器130接收到射频信号的时间可以忽略不计，因此可以认为主发射器120与至少两个辅发射器130同时发送超声波信号，所以第一计时器121记录的是不同发射器的不同频率的各超声波信号的发送时间。这样，一方面，实现了主发射器与至少两个辅发射器的各超声波信号同步发射，另一方面，避免了在辅发射器上设置单独的计时器，简化了定位系统的设置。

本发明实施例二提供的机器人定位方法，定位机器人主动向主发射器发送定位请求信号，主发射器接收到定位机器人发送的定位请求信号后，机器人定位系统会对定位机器人进行定位，解决了现有技术中发射器需要不断向外发送超声波信号的问题，实现了在机器人未发送定位请求信号时，处于待机状态，降低了机器人定位系统的耗能。同时，通过主发射器向至少两个辅发射器发送射频信号，并向定位机器人发送超声波信号，至少两个辅发射器接收主发射器发送的射频信号，并在接收到射频信号时向定位机器人发送超声波信号，实现主发射器和至少两个辅发射器同步发送超声波信号的目的，可以解决现有技术中多路超声波信号同步性较差的问题。

进一步地，主发射器和至少两个辅发射器设置在不同的固定位置处。

具体的，辅发射器的个数至少是两个，可以是三个，还可以是四个，具体个数可以根据空间大小进行设定，还可以根据具体应用场景进行设定，这里不作具体限定。同时，设置至少3个不同位置的发射器是为了对定位机器人更精确定位，详细分析同前，在此不再赘述。

进一步地，至少一个定位机器人中，不同定位机器人发送的定位请求信号不同，这样设置是为了对不同的定位机器人发送的定位请求信号进行区分，避免信号混淆，使定位更准确，分析同前。

进一步地，主发射器和至少两个辅发射器中，不同发射器发送的超声波信号的频率不同。这样设置是为了区分不同发射器发送的超声波信号，后续结合不同发射器的位置对定位机器人进行精确定位，分析同前。

进一步地，所述主发射器和所述至少两个辅发射器发送超声波信号之后，还可以包括：所述主发射器记录超声波信号的发送时间，并将所述超声波信号的发送时间发送给定位机器人；所述定位机器人记录所述不同频率的超声波信号的接收时间，并接收所述主发射器发送的超声波信号的发送时间；所述定位机器人根据所述超声波信号的发送时间以及不同频率的超声波信号的接收时间，得到所述不同频率的超声波信号的传播时间；所述定位机器人根据所述传播时间，得到所述定位机器人分别与所述主发射器和所述至少两个辅发射器之间的距离。

具体的，由于各发射器的位置固定且各不相同，通过定位机器人分别与主发射器和至少两个辅发射器之间的距离，可以得到定位机器人在空间中的精确位置信息，该精确位置信息可以通过定位机器人上的显示装置进行显示。

本发明实施例二提供的一种机器人定位方法，首先，定位机器人主动向主发射器发送定位请求信号，主发射器接收到定位机器人发送的定位请求信号后，机器人定位系统会对定位机器人进行定位，解决了现有技术中发射器需要不断向外发送超声波信号的问题，实现了在机器人未发送定位请求信号时，处于待机状态，降低了机器人定位系统的耗能。其次，主发射器用于向至少两个辅发射器发送射频信号，同时向定位机器人发送超声波信号，至少两个辅发射器用于接收主发射器发送的射频信号，并在接收到射频信号时向定位机器人发送超声波信号。本发明实施例提供的机器人定位系统可以实现主发射器和至少两个辅发射器同时向定位机器人发送超声波信号的目的，可以解决现有技术中多路超声波信号同步性较差的问题。再次，通过定位机器人接收设置在不同固定位置处的各发射器同步发送的超声波信号，同时记录各超声波信号的发送时间以及接收时间，得到定位机器人与各发射器之间的距离，进而实现定位机器人在空间中的精确定位。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种机器人定位系统，其特征在于，包括：

主发射器、至少两个辅发射器以及至少一个定位机器人；

所述至少一个定位机器人用于向所述主发射器发送定位请求信号；

所述主发射器用于接收所述至少一个定位机器人发送的定位请求信号，向所述至少两个辅发射器发送射频信号，同时向所述至少一个定位机器人发送超声波信号；

所述至少两个辅发射器用于接收所述主发射器发送的射频信号，并在接收到所述射频信号时向所述至少一个定位机器人发送超声波信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主发射器和所述至少两个辅发射器设置在不同的固定位置处。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个定位机器人中，不同定位机器人发送的定位请求信号不同。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主发射器和所述至少两个辅发射器中，不同发射器发送的超声波信号的频率不同。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括：

第一计时器，设置在所述主发射器上，所述第一计时器用于记录所述主发射器的超声波信号的发送时间。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括：

第二计时器，设置在所述定位机器人上，所述第二计时器用于记录接收到各发射器发送的频率不同的各超声波信号的接收时间。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括：

所述主发射器还用于向所述定位机器人发送所述第一计时器记录的超声波信号的发送时间；

所述定位机器人还用于接收所述主发射器发送的超声波信号的发送时间。

8.一种基于权利要求1-7任一项机器人定位系统的机器人定位方法，其特征在于，所述方法包括：

至少一个定位机器人向主发射器发送定位请求信号；

所述主发射器接收所述至少一个定位机器人发送的定位请求信号，向至少两个辅发射器发送射频信号，并向所述至少一个定位机器人发送超声波信号；

所述至少两个辅发射器接收所述主发射器发送的射频信号，并在接收到所述射频信号时向至少一个定位机器人发送超声波信号。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述主发射器和所述至少两个辅发射器中，不同发射器发送的超声波信号的频率不同。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述主发射器和所述至少两个辅发射器发送超声波信号之后，还包括：

所述主发射器记录超声波信号的发送时间，并将所述超声波信号的发送时间发送给定位机器人；

所述定位机器人记录所述不同频率的超声波信号的接收时间，并接收所述主发射器发送的超声波信号的发送时间；

所述定位机器人根据所述超声波信号的发送时间以及不同频率的超声波信号的接收时间，得到所述不同频率的超声波信号的传播时间；

所述定位机器人根据所述传播时间，得到所述定位机器人分别与所述主发射器和所述至少两个辅发射器之间的距离。