CN108427098B - 一种短距离定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种短距离定位系统，包括人工智能设备和目标物，目标物上设有发光二极管矩阵，人工智能设备设有图像捕捉处理模块，图像捕捉处理模块包括镜头、数据处理运算芯片、PCB板、数据输出口和图像传感器，镜头设置在PCB板上，图像传感器通过PCB板与数据处理运算芯片电连接，数据处理运算芯片通过数据输出口与人工智能设备电连接，目标物通过发光二极管矩阵发射光源，并照射在图像传感器上形成光点，图像传感器将光点转换成图像数据，传递给数据处理运算芯片分析光点距离，计算出人工智能设备与目标物的相对距离和角度，并通过数据输出口传递给人工智能设备，人工智能设备作出相适应的处理。本发明以较低的成本实现对目标物进行精准定位。

Description

一种短距离定位系统

技术领域

本发明涉及定位技术领域，尤指一种短距离定位系统。

背景技术

随着人们生活水平的提高，各种人工智能设备已经进入了人们的生活中并逐渐取代人们的一部分工作，如家用智能扫地机、教学机器人、餐厅服务机器人、机器人迎宾等，这些人工智能设备在完成一些特定的任务时，经常会需要对某一特定的目标物体进行短距离定位，短距离定位是指在0-50米范围内，对某一目标体的相对位置的识别技术，主要应用在家居、办公、商场等环境，如扫地机或智能机器人，依靠此技术能自动识别充电器位置，并向目标位置靠近，达到自动充电的功能。

现有的机器人自主定位方案一般采用红外定位和激光定位，红外定位就是在目标物上安装红外发射装置，利用三组或多组红外发光二极管，从目标物的多个角度发出红外码，机器人上安装红外接收装置，接收端采用三组或多组红外接收头接收红外信号并解码，通过解码识别充电桩的位置。传统的红外定位无法对目标物的距离进行识别，需要多次调整机器人的角度才能准确的找到目标物的位置，其耗费时间长，效率低，同时因为需要对红外进行编码和解码，这样就造成红外发射端和接收端成本较高。

而利用激光照射目标物上的反光纸获取目标物位置，目标物上贴上反光纸，利用激光水平360旋转照射，通过反光纸反射回来的光点经摄像头识别后定位目标物位置。但是需要用到激光、摄像头、高精度传动部件、精密处理器，所以成本非常高；只能水平识别目标物位置，偏离水平位置无法识别；激光照射到眼睛或敏感性部位，容易造成伤害。

无论是激光定位还是红外定位，都是无法获取目标物的距离，定位不准确。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种短距离定位系统，能够以比较低的成本实现对目标物进行精准定位。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种短距离定位系统，包括人工智能设备和目标物，所述目标物上设有发光二极管矩阵，所述发光二极管矩阵包括不在同一个相对平面上的三颗发光二极管，所述人工智能设备设有图像捕捉处理模块，所述图像捕捉处理模块包括镜头、数据处理运算芯片、PCB板、数据输出口和图像传感器，所述镜头设置在PCB板上，所述数据处理运算芯片、数据输出口和图像传感器固定在PCB板上，所述图像传感器的输出端通过PCB板与数据处理运算芯片输入端电连接，所述数据处理运算芯片的输出端通过数据输出口与人工智能设备电连接，所述目标物通过发光二极管矩阵发射的光源直接穿透镜头，照射在图像传感器上，形成三个光点，图像传感器将接收到的三个光点转换成图像数据，经PCB板传递给数据处理运算芯片，数据处理芯片经过分析三个光点距离，计算出人工智能设备与目标物的相对距离和角度，并将计算出来的数据通过数据输出口传递给人工智能设备，人工智能设备根据接收到的数据作出相适应的响应处理。

其中，所述三颗发光二极管分别为第一发光二极管、第二发光二极管和第三发光二极管，所述第一发光二极管和第二发光二极管相对水平地设置在目标物的两侧，所述第三发光二极管设置在目标物的顶部。

其中，还包括电源适配器，所述电源适配器与发光二极管矩阵电连接。

其中，所述图像捕捉处理模块还包括镜头固定座，所述镜头镶嵌在镜头固定座上，所述镜头固定座固定在PCB板上，所述图像传感器安装在镜头固定座内。

其中，所述图像捕捉处理模块还包括杂光滤光片，所述杂光滤光片安装在镜头固定座，并与镜头相贴。

本发明的有益效果在于：

本发明将短距离定位技术应用到人工智能设备上，通过在目标物设有不在同一个相对平面上的三颗发光二极管，为目标物提供了三维定位，经图像传感器将接收到的三个光点转换成图像数据，再通过数据处理运算芯片进行分析运算，即得到目标物的相对距离和角度，将位置信息传递给人工智能设备，可以方便人工智能设备对目标物作出相应的响应，如自动充电、自动取物等，以实现了以比较低的成本对目标物进行精准定位。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图像捕捉处理模块的结构示意图。

图3是本发明的电路连接图。

图4是本发明的光点数据处理运算的原理图。

附图标号说明：1-人工智能设备；2-目标物；3-发光二极管矩阵；4-电源适配器；5-图像捕捉模块；6-镜头；7-杂光滤光片；8-镜头固定座；9-数据运算处理芯片；10-PCB板；11-数据输出口；12-图像传感器；13-第一发光二极管；14-第二发光二极管；15-第三发光二极管。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步详细说明。

请参阅图1-4所示，本发明关于一种短距离定位系统，包括人工智能设备1和目标物2，所述目标物2上设有发光二极管矩阵3，所述发光二极管矩阵3包括不在同一个相对平面上的三颗发光二极管，所述人工智能设备1设有图像捕捉处理模块5，所述图像捕捉处理模块5包括镜头6、数据处理运算芯片9、PCB板10、数据输出口11和图像传感器12，所述镜头6设置在PCB板10上，所述数据处理运算芯片9、数据输出口11和图像传感器12固定在PCB板10上，所述图像传感器12的输出端通过PCB板10与数据处理运算芯片9输入端电连接，所述数据处理运算芯片9的输出端通过数据输出口11与人工智能设备1电连接，所述目标物2通过发光二极管矩阵3发射的光源直接穿透镜头6，照射在图像传感器12上，形成三个光点，图像传感器12将接收到的三个光点转换成图像数据，经PCB板10传递给数据处理运算芯片9，数据处理运算芯片9经过分析三个光点距离，计算出人工智能设备1与目标物2的相对距离和角度，并将计算出来的数据通过数据输出口11传递给人工智能设备1，人工智能设备1根据接收到的数据作出相适应的响应处理。

本发明将短距离定位技术应用到人工智能设备1上，通过在目标物2设有不在同一个相对平面上的三颗发光二极管，为目标物2提供了三维定位，经图像传感器12将接收到的三个光点转换成图像数据，再通过数据处理运算芯片9进行分析运算，即得到目标物2的相对距离和角度，将位置信息传递给人工智能设备1，可以方便人工智能设备1对目标物2作出相应的响应，如自动充电、自动取物等，以实现了以比较低的成本对目标物2进行精准定位。

本实施例中，所述三颗发光二极管分别为第一发光二极管13、第二发光二极管14和第三发光二极管15，所述第一发光二极管13和第二发光二极管14相对水平地设置在目标物2的两侧，所述第三发光二极管15设置在目标物2的顶部。采用上述方案，可以对目标物2实现三维定位，使得人工智能设备1可以通过摄像头捕捉到的光点位置进行目标物2的距离和方位计算，对目标物2进行精准定位。

本实施例中，还包括电源适配器4，所述电源适配器4与发光二极管矩阵3电连接。

采用上述方案，电源适配器4给发光二极管矩阵3供电，使得发光二极管矩阵3所有发光二极管点亮，形成发射光源。

本实施例中，所述图像捕捉处理模块5还包括镜头固定座8，所述镜头6镶嵌在镜头固定座8上，所述镜头固定座8固定在PCB板10上，所述图像传感器12安装在镜头固定座8内。

采用上述方案，镜头6通过镜头固定座8固定在PCB板10上，使得发光二极管矩阵3发射的光源可以直接穿透镜头6照射在图像传感器12上。

本实施例中，所述图像捕捉处理模块5还包括杂光滤光片7，所述杂光滤光片7安装在镜头固定座8，并与镜头6相贴。

采用上述方案，杂光滤光片7根据发光二极管的光谱特性设计，使得发光二极管矩阵3发出的光可以通过杂光滤光片7，自然光则被杂光滤光片7挡住不能通过，这样外部光源经镜头6折射到杂光滤光片7，因杂光滤光片7可以遮挡自然光，而发光二极管矩阵3发射的光源可以直接穿透杂光滤光片7，照射在图像传感器12上，形成三个光点。

下面通过具体实施方式对本发明作进一步说明。

请参阅图4，本发明的光点数据处理运算的具体方式和原理如下：

发光二极管矩阵3通电点亮后，使得发光二极管矩阵3发出的光可以通过杂光滤光片7，图像传感器12将接收到的三个光点转换成图像数据，经PCB板10传递给数据处理运算芯片9，数据处理运算芯片9经过计算分析可以获取到三个尺寸：X1、X2、Y。

其中，Y尺寸会随人工智能设备1与目标物2的距离远近变化而变化：距离越远，Y尺寸越小，距离越近；Y尺寸越大，由此可以计算出人工智能设备1与目标物2的距离。

再者，由于发光二极管矩阵3中的第三发光二极管15与第一发光二极管13、第二发光二极管14不在同一平面上，在不同的视角，X1尺寸与X2尺寸会相应变化：当人工智能设备1在目标物2正前方的时候，X1＝X2；当人工智能设备1在目标物2右侧的时候，X1>X2；当人工智能设备1在目标物2左侧的时候，X1<X2；且人工智能设备1在目标物2左侧或右侧的角度不一样的时候，X1和X2会相应发生变化，因此通过比较X1和X2两个尺寸的大小关系，可以计算得出目标物2的角度。

计算得出目标物2的距离和角度后，通过数据输出口11将相应的数据传递给人工智能设备1，这样人工智能设备1可以作出相适应的响应处理。

以上实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种短距离定位系统，包括人工智能设备和目标物，其特征在于：所述目标物上设有发光二极管矩阵，所述发光二极管矩阵包括不在同一个相对平面上的三颗发光二极管，所述人工智能设备设有图像捕捉处理模块，所述图像捕捉处理模块包括镜头、数据处理运算芯片、PCB板、数据输出口和图像传感器，所述镜头设置在PCB板上，所述数据处理运算芯片、数据输出口和图像传感器固定在PCB板上，所述图像传感器的输出端通过PCB板与数据处理运算芯片输入端电连接，所述数据处理运算芯片的输出端通过数据输出口与人工智能设备电连接，所述目标物通过发光二极管矩阵发射的光源直接穿透镜头，照射在图像传感器上，形成三个光点，图像传感器将接收到的三个光点转换成图像数据，经PCB板传递给数据处理运算芯片，数据处理运算芯片经过分析三个光点距离，计算出人工智能设备与目标物的相对距离和角度，并将计算出来的数据通过数据输出口传递给人工智能设备，人工智能设备根据接收到的数据作出相适应的响应处理。

2.根据权利要求1所述的一种短距离定位系统，其特征在于：所述三颗发光二极管分别为第一发光二极管、第二发光二极管和第三发光二极管，所述第一发光二极管和第二发光二极管相对水平地设置在目标物的两侧，所述第三发光二极管设置在目标物的顶部。

3.根据权利要求1所述的一种短距离定位系统，其特征在于：还包括电源适配器，所述电源适配器与发光二极管矩阵电连接。

4.根据权利要求1所述的一种短距离定位系统，其特征在于：所述图像捕捉处理模块还包括镜头固定座，所述镜头镶嵌在镜头固定座上，所述镜头固定座固定在PCB板上，所述图像传感器安装在镜头固定座内。

5.根据权利要求4所述的一种短距离定位系统，其特征在于：所述图像捕捉处理模块还包括杂光滤光片，所述杂光滤光片安装在镜头固定座，并与镜头相贴。