CN117741568A - 一种适用于智能机器人的定位系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机器人技术领域,尤其为一种适用于智能机器人的定位系统,包括监控主机、定位基站、定位模块,所述监控主机的内部设置有定位软件,所述定位软件包括地形生成单元、定位单元以及综合处理单元,所述定位模块包括信号发射单元和位移检测单元,本发明可以有效解决现有的智能机器人定位系统是依靠在地下埋入磁感线,从而测算智能机器人位置,这种方法前期施工量大,且当货运仓储中的货架位置发生改变时,无法准确测算智能机器人位置的问题。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域,具体为一种适用于智能机器人的定位系统。
背景技术
智能机器人的定位系统是在货运仓储中用来定位智能机器人位置,从而确定其工作任务的设备,但现有的智能机器人定位系统仍然存在不足之处。具体为:现有的智能机器人定位系统是依靠在地下埋入磁感线,从而测算智能机器人位置,这种方法前期施工量大,且当货运仓储中的货架位置发生改变时,无法准确测算智能机器人位置。
因此,需要一种适用于智能机器人的定位系统来解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于智能机器人的定位系统,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种适用于智能机器人的定位系统,包括监控主机、定位基站、定位模块,所述监控主机的内部设置有定位软件,所述定位软件包括地形生成单元、定位单元以及综合处理单元,所述定位模块包括信号发射单元和位移检测单元。
作为本发明优选的方案,所述监控主机、定位基站以及定位模块之间均通过无线数据网络相连接,所述定位模块设置有多组。
作为本发明优选的方案,所述定位基站由三组具有时间测算功能的微波信号接收器组成,所述定位基站以5S/次的频率接收外界的微波信号。
作为本发明优选的方案,所述定位模块设置有多组,所述信号发射单元通过导线与位移检测单元电性连接在一起,所述位移检测单元由位移传感器、角度传感器以及高度传感器组成。
作为本发明优选的方案,所述地形生成单元的具体分析步骤为:向监控主机内输入室内地形照片,监控主机中的地形生成单元从地形照片中提取出地形元素,并将地形元素汇集在一起,得到室内地形底图,在室内地形底图中选定参考点,参考点一般选择监控主机的安装位置,并建立坐标系,根据参考点,确定各货架区与参考点的相对位置,将各货架区按照相对位置关系填入室内地形底图中,并在货架区上关联对应的属性,将属性在各图层元素中对应显示,以生成初始地图对应的室内地图。
作为本发明优选的方案,所述定位单元的具体分析步骤为:定位单元向各个定位基站发送一次测距数据包,同时每两个定位基站之间进行一次单向通信,从而获得监控主机到各个定位基站之间的信号到达时间差,每两个定位基站之间再分别进行一次双向通信,根据相关时间关系,从而确定定位基站之间的时钟偏移量,使用计算出的时钟偏移量对信号到达时间差进行时间补偿,从而获得精准的到达时间差测量值,随意选择两组定位基站,通过脉冲信号到达定位基站的时间差测定安装在智能机器人上的定位模块到两个定位基站之间的距离差,通过该距离差构建第一双曲线,再测定智能机器人上的定位模块与另外两个定位基站的距离差,做出第二双曲线,根据两条双曲线计算出智能机器人的坐标,并根据计算出的坐标将智能机器人显示在室内地图中。
作为本发明优选的方案,所述综合处理单元的具体分析步骤为:当智能机器人上的定位模块与定位基站之间被货架遮挡,定位基站无法接收到定位模块中的信号发射单元发出的微波定位信号,定位基站向监控主机中发出丢失信号,监控主机内的综合处理单元会向定位模块中发出定位指令,定位模块中的位移检测单元会将检测到的智能机器人的位移数据传输给综合处理单元,综合处理单元从定位单元中提取距离定位基站发出丢失信号前的最近一次智能机器人上的定位模块的坐标,再将输入的位移数据累加在最近一次智能机器人上的定位模块的坐标上,得到智能机器人的最新估算坐标。
作为本发明优选的方案,所述室内地图创建后,将室内地图进行数学形态学的膨胀和腐蚀,以得到室内地图中各货架区的边界,将室内地图中各个货架区边界之外的区域作为通道区域,并在通道区域设置通道标识,从而确定室内地图中的移动路径。
作为本发明优选的方案,所述根据两条双曲线的交点测定机器人的坐标具体操作方法为:设定位基站的三个微波发射器坐标分别为M(XM,YM,ZM),S1(X1,Y1,Z1),S2(X2,Y2,Z2),智能机器人机器人的位置坐标为P(x,y,z),将上述数据带入计算公式中,其中,Δd1和Δd2分别根据脉冲信号达到时间差计算得到,三个定位基站的坐标为已知,z为定位模块的安装高度,从而计算得到x和y,并得到智能机器人的坐标。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1、本发明中,通过定位单元向各个定位基站发送一次测距数据包,同时每两个定位基站之间进行一次单向通信,从而获得监控主机到各个定位基站之间的信号到达时间差,每两个定位基站之间再分别进行一次双向通信,根据相关时间关系,从而确定定位基站之间的时钟偏移量,使用计算出的时钟偏移量对信号到达时间差进行时间补偿,从而获得精准的到达时间差测量值,随意选择两组定位基站,通过脉冲信号到达定位基站的时间差测定安装在智能机器人上的定位模块到两个定位基站之间的距离差,通过该距离差构建第一双曲线,再测定智能机器人上的定位模块与另外两个定位基站的距离差,做出第二双曲线,根据两条双曲线计算出智能机器人的坐标,并根据计算出的坐标将智能机器人显示在室内地图中,使用微波信号来进行定位,前期准备工作较小,同时在当货架位置发生变化时,可以根据货架位置的改变来移动定位基站,能够随货架一起发生变化。
2、本发明中,通过定位模块中的位移检测模块会将检测到的智能机器人的位移数据传输给综合处理单元,综合处理单元从定位单元中提取距离定位基站发出丢失信号前的最近一次智能机器人上的定位模块的坐标,再将输入的位移数据累加在最近一次智能机器人上的定位模块的坐标上,得到智能机器人的最新估算坐标,能够在智能机器人与定位基站之间信号传输被阻碍时,仍然能够较为精确的估算处智能机器人的位置,提高了系统的实用性。
3,本发明中,通过向监控主机内输入室内地形照片,监控主机中的地形生成单元从地形照片中提取出地形元素,并将地形元素汇集在一起,得到室内地形底图,在室内地形底图中选定参考点,参考点一般选择监控主机的安装位置,并建立坐标系,根据参考点,确定各货架区与参考点的相对位置,将各货架区按照相对位置关系填入室内地形底图中,并在货架区上关联对应的属性,将属性在各图层元素中对应显示,以生成初始地图对应的室内地图,可以较为精确的生产室内地形图,提高了智能机器人的定位准确度。
附图说明
图1为本发明整体硬件结构示意图;
图2为本发明系统方框结构示意图。
图中:1、监控主机;2、定位基站;3、定位模块;4、定位软件;5、地形生成单元;6、定位单元;7、综合处理单元;8、信号发射单元;9、位移检测单元。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,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,都属于本发明保护的范围。
为了便于理解本发明,下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述,给出了本发明的若干实施例,但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例,相反地,提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是,当元件被称为“固设于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件,当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件,本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同,本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明,本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例,请参阅图1-2,本发明提供一种技术方案:
一种适用于智能机器人的定位系统,包括监控主机1、定位基站2、定位模块3,监控主机1的内部设置有定位软件4,定位软件4包括地形生成单元5、定位单元6以及综合处理单元7,定位模块3包括信号发射单元8和位移检测单元9。
进一步的,监控主机1、定位基站2以及定位模块3之间均通过无线数据网络相连接,定位模块3设置有多组。
进一步的,定位基站2由三组具有时间测算功能的微波信号接收器组成,定位基站2以5S/次的频率接收外界的微波信号。
进一步的,定位模块3设置有多组,信号发射单元8通过导线与位移检测单元9电性连接在一起,位移检测单元9由位移传感器、角度传感器以及高度传感器组成。
进一步的,地形生成单元5的具体分析步骤为:向监控主机1内输入室内地形照片,监控主机1中的地形生成单元5从地形照片中提取出地形元素,并将地形元素汇集在一起,得到室内地形底图,在室内地形底图中选定参考点,参考点一般选择监控主机1的安装位置,并建立坐标系,根据参考点,确定各货架区与参考点的相对位置,将各货架区按照相对位置关系填入室内地形底图中,并在货架区上关联对应的属性,将属性在各图层元素中对应显示,以生成初始地图对应的室内地图。
进一步的,定位单元6的具体分析步骤为:定位单元6向各个定位基站2发送一次测距数据包,同时每两个定位基站2之间进行一次单向通信,从而获得监控主机1到各个定位基站2之间的信号到达时间差,每两个定位基站2之间再分别进行一次双向通信,根据相关时间关系,从而确定定位基站2之间的时钟偏移量,使用计算出的时钟偏移量对信号到达时间差进行时间补偿,从而获得精准的到达时间差测量值,随意选择两组定位基站2,通过脉冲信号到达定位基站2的时间差测定安装在智能机器人上的定位模块3到两个定位基站2之间的距离差,通过该距离差构建第一双曲线,再测定智能机器人上的定位模块3与另外两个定位基站2的距离差,做出第二双曲线,根据两条双曲线计算出智能机器人的坐标,并根据计算出的坐标将智能机器人显示在室内地图中。
进一步的,综合处理单元7的具体分析步骤为:当智能机器人上的定位模块3与定位基站2之间被货架遮挡,定位基站2无法接收到定位模块3中的信号发射单元8发出的微波定位信号,定位基站2向监控主机1中发出丢失信号,监控主机1内的综合处理单元7会向定位模块3中发出定位指令,定位模块3中的位移检测单元9会将检测到的智能机器人的位移数据传输给综合处理单元7,综合处理单元7从定位单元6中提取距离定位基站2发出丢失信号前的最近一次智能机器人上的定位模块3的坐标,再将输入的位移数据累加在最近一次智能机器人上的定位模块3的坐标上,得到智能机器人的最新估算坐标。
进一步的,室内地图创建后,将室内地图进行数学形态学的膨胀和腐蚀,以得到室内地图中各货架区的边界,将室内地图中各个货架区边界之外的区域作为通道区域,并在通道区域设置通道标识,从而确定室内地图中的移动路径。
进一步的,根据两条双曲线的交点测定机器人的坐标具体操作方法为:设定位基站2的三个微波发射器坐标分别为M(XM,YM,ZM),S1(X1,Y1,Z1),S2(X2,Y2,Z2),智能机器人机器人的位置坐标为P(x,y,z),将上述数据带入计算公式中,其中,Δd1和Δd2分别根据脉冲信号达到时间差计算得到,z为定位模块3的安装高度,从而计算得到x和y,并得到智能机器人的坐标。
将定位基站2放置在地面上,使定位基站2成等边三角形排列,再将定位模块3安装在智能机器人身上,使用导线将定位模块3与智能机器人的处理系统连接在一起;
向监控主机1内输入室内地形照片,监控主机1中的地形生成单元5从地形照片中提取出地形元素,并将地形元素汇集在一起,得到室内地形底图,在室内地形底图中选定参考点,参考点选择监控主机1的安装位置,并建立坐标系,根据参考点,确定各货架区与参考点的相对位置,将各货架区按照相对位置关系填入室内地形底图中,并在货架区上关联对应的属性,将属性在各图层元素中对应显示,以生成初始地图对应的室内地图,室内地图创建后,将室内地图进行数学形态学的膨胀和腐蚀,以得到室内地图中各货架区的边界,将室内地图中各个货架区边界之外的区域作为通道区域,并在通道区域设置通道标识,从而确定室内地图中的移动路径;
定位单元6向各个定位基站2发送一次测距数据包,同时每两个定位基站2之间进行一次单向通信,从而获得监控主机1到各个定位基站2之间的信号到达时间差,每两个定位基站2之间再分别进行一次双向通信,根据相关时间关系,从而确定定位基站2之间的时钟偏移量,使用计算出的时钟偏移量对信号到达时间差进行时间补偿,从而获得精准的到达时间差测量值;
启动智能机器人,智能机器人开始在室内的移动路径中移动,定位单元6随意选择两组定位基站2,通过脉冲信号到达定位基站2的时间差测定安装在智能机器人上的定位模块3到两个定位基站2之间的距离差,通过该距离差构建第一双曲线,再测定智能机器人上的定位模块3与另外两个定位基站2的距离差,做出第二双曲线,设定位基站2的三个微波发射器坐标分别为M(XM,YM,ZM),S1(X1,Y1,Z1),S2(X2,Y2,Z2),智能机器人机器人的位置坐标为P(x,y,z),将上述数据带入计算公式中,其中,Δd1和Δd2分别根据脉冲信号达到时间差计算得到,z为定位模块3的安装高度,从而计算得到x和y,并得到智能机器人的坐标,并根据计算出的坐标将智能机器人显示在室内地图中;
当智能机器人上的定位模块3与定位基站2之间被货架遮挡,定位基站2无法接收到定位模块3中的信号发射单元8发出的微波定位信号,定位基站2向监控主机1中发出丢失信号,监控主机1内的综合处理单元7会向定位模块3中发出定位指令,定位模块3中的位移检测单元9会将检测到的智能机器人的位移数据传输给综合处理单元7,综合处理单元7从定位单元6中提取距离定位基站2发出丢失信号前的最近一次智能机器人上的定位模块3的坐标,再将输入的位移数据累加在最近一次智能机器人上的定位模块3的坐标上,得到智能机器人的最新估算坐标。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种适用于智能机器人的定位系统,包括监控主机(1)、定位基站(2)、定位模块(3),其特征在于:所述监控主机(1)的内部设置有定位软件(4),所述定位软件(4)包括地形生成单元(5)、定位单元(6)以及综合处理单元(7),所述定位模块(3)包括信号发射单元(8)和位移检测单元(9);
所述地形生成单元(5)的具体分析步骤为:向监控主机(1)内输入室内地形照片,监控主机(1)中的地形生成单元(5)从地形照片中提取出地形元素,并将地形元素汇集在一起,得到室内地形底图,在室内地形底图中选定参考点,参考点一般选择监控主机(1)的安装位置,并建立坐标系,根据参考点,确定各货架区与参考点的相对位置,将各货架区按照相对位置关系填入室内地形底图中,并在货架区上关联对应的属性,将属性在各图层元素中对应显示,以生成初始地图对应的室内地图;
所述定位单元(6)的具体分析步骤为:定位单元(6)向各个定位基站(2)发送一次测距数据包,同时每两个定位基站(2)之间进行一次单向通信,从而获得监控主机(1)到各个定位基站(2)之间的信号到达时间差,每两个定位基站(2)之间再分别进行一次双向通信,根据相关时间关系,从而确定定位基站(2)之间的时钟偏移量,使用计算出的时钟偏移量对信号到达时间差进行时间补偿,从而获得精准的到达时间差测量值,随意选择两组定位基站(2),通过脉冲信号到达定位基站(2)的时间差测定安装在智能机器人上的定位模块(3)到两个定位基站(2)之间的距离差,通过该距离差构建第一双曲线,再测定智能机器人上的定位模块(3)与另外两个定位基站(2)的距离差,做出第二双曲线,根据两条双曲线计算出智能机器人的坐标,并根据计算出的坐标将智能机器人显示在室内地图中;
所述综合处理单元(7)的具体分析步骤为:当智能机器人上的定位模块(3)与定位基站(2)之间被货架遮挡,定位基站(2)无法接收到定位模块(3)中的信号发射单元(8)发出的微波定位信号,定位基站(2)向监控主机(1)中发出丢失信号,监控主机(1)内的综合处理单元(7)会向定位模块(3)中发出定位指令,定位模块(3)中的位移检测单元(9)会将检测到的智能机器人的位移数据传输给综合处理单元(7),综合处理单元(7)从定位单元(6)中提取距离定位基站(2)发出丢失信号前的最近一次智能机器人上的定位模块(3)的坐标,再将输入的位移数据累加在最近一次智能机器人上的定位模块(3)的坐标上,得到智能机器人的最新估算坐标。
2.根据权利要求1所述的一种适用于智能机器人的定位系统,其特征在于:所述监控主机(1)、定位基站(2)以及定位模块(3)之间均通过无线数据网络相连接,所述定位模块(3)设置有多组。
3.根据权利要求1所述的一种适用于智能机器人的定位系统,其特征在于:所述定位基站(2)由三组具有时间测算功能的微波信号接收器组成,所述定位基站(2)以5S/次的频率接收外界的微波信号。
4.根据权利要求1所述的一种适用于智能机器人的定位系统,其特征在于:所述定位模块(3)设置有多组,所述信号发射单元(8)通过导线与位移检测单元(9)电性连接在一起,所述位移检测单元(9)由位移传感器、角度传感器以及高度传感器组成。
5.根据权利要求1所述的一种适用于智能机器人的定位系统,其特征在于:所述室内地图创建后,将室内地图进行数学形态学的膨胀和腐蚀,以得到室内地图中各货架区的边界,将室内地图中各个货架区边界之外的区域作为通道区域,并在通道区域设置通道标识,从而确定室内地图中的移动路径。
6.根据权利要求5所述的一种适用于智能机器人的定位系统,其特征在于:所述根据两条双曲线的交点测定机器人的坐标具体操作方法为:设定位基站(2)的三个微波发射器坐标分别为M(XM,YM,ZM),S1(X1,Y1,Z1),S2(X2,Y2,Z2),智能机器人机器人的位置坐标为P(x,y,z),将上述数据带入计算公式中,其中,Δd1和Δd2分别根据脉冲信号达到时间差计算得到,三个定位基站(2)的坐标为已知,z为定位模块(3)的安装高度,从而计算得到x和y,并得到智能机器人的坐标。
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