[实用新型]利用超声和磁力计的机器人室内定位系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及机器人室内定位技术领域，具体涉及利用超声和磁力计的机器人室内定位系统。

背景技术

超声定位系统中比较典型的系统是Active Bat和Cricket系统。其中前者接收节点发射RF信号和US信号，位置固定的信标节点接收RF信号和US信号；Cricket系统则相反，信标节点作为信号发射节点，待定位的接收节点用于信号的接收，然后根据RF信号和US信号的到达时间差进行分布式目标定位。

Active Bat是低功耗，无线室内定位系统，精度可达3cm。利用三角定位法，利用在天花板上嵌入的超声接收器，测量TOF。

Active Bat系统中，中心控制主机集中控制多个接收节点，而待定的接收节点作为发射节点是不可控的，尤其是当接收节点数量较多的情况下，必然会引起各组RF和US信号之间的串扰。从而导致错误的定位，影响系统的稳定性。Cricket系统具有很好的可扩展性，但其信标节点采用随机发射信号的方式，仍然不能有效解决信号串扰的问题。

在洪林的硕士毕业论文《移动机器人超声波室内定位系统研究》中提出了十字阵单发射多接收系统，该系统依然要通过同步来解决测距问题。

通过分析目前系统中存在的主要问题包括：

1)系统定位过程中需要同步，一般采用射频同步的方法，增加了系统的复杂度；

2)系统定位采用的是三角定位法，因此需要至少三个信标节点和一个接收节点才能完成定位，增加了系统中信标节点个数，也就意味着成本的增加；

3)射频同步的模式，在公共频段，与WIFI等同频，增加了电磁干扰，同时，系统也容易受到电磁干扰的影响。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服以上技术问题，目的在于提供利用超声和磁力计的机器人室内定位系统，实现一种结构简单，能准确定位移动物体在室内的位置，能避免电磁干扰的系统的目的。

本实用新型通过下述技术方案实现：

利用超声和磁力计的机器人室内定位系统，包括位于天花板上的信标节点和位于机器人上的接收节点，所述信标节点的数量至少为一个，每个信标节点由一个超声波发射探头组成，每个接收节点包括至少三个超声波接收探头，在机器人上还设置有地磁传感器，所述超声波接收探头和地磁传感器均与接收控制系统连接，其中：

超声波发射探头：发射超声波信号给超声波接收探头；

地磁传感器：探测地磁方向信号，并将地磁方向信号传输给接收控制系统；

超声波接收探头：接收超声波发射探头发射的超声波信号，并将超声波信号传输给接收控制系统；

接收控制系统：接收超声波接收探头传输的超声波信号和地磁传感器传输的地磁方向信号。

进一步的，本实用新型开创性的设计了一种用于机器人的超声波室内定位系统，在天花板上均匀安装多个信标节点，每个信标节点只包括一个超声波发射探头，超声波发射探头和超声波接收探头通信并利用现有的列阵测向技术可得到机器人的水平角，可得到机器人在室内的相对位置，然后再利用地磁传感器测向可得到机器人在水平面的偏离角度，以此矫正相对位置，通过这种两维测角阵列最终能机器人的实际位置，相比现有技术，本实用新型结构更加简单，减少了系统中信标节点个数，有效降低了定位成本。并且，本实用新型无需发射射频信号，有效避免了系统定位过程中需要同步，采用射频同步的方法增加了系统的复杂度的问题，同时也避免了电磁干扰。本实用新型安装在机器人身上的地磁传感器为一种专用于探测地磁方向的探测器，类似指南针，可时刻测量地磁方向信号。超声波发射探头与发射控制系统连接。超声波接收探头与接收控制系统，由接收控制系统处理定位信息，该接收控制系统为现有结构，包括与超声波接收探头依次连接的放大器、BPF、MCU模块等，放大器将超声波接收探头传输的超声波信号进行功率放大后传输给BPF；BPF接收放大器传输的超声波信号，按其所在频率滤波后传输给MCU模块进行处理，MCU模块将超声波信号进行数模转换和回波信号处理后输出移动设备的定位信息。

优选的，当每个接收节点由三个超声波接收探头组成时，三个超声波接收探头围成一个三角形。进一步的，三个超声波接收探头可形成任意形状三阵元平面，三阵元平面在相同孔径的阵列中，具有线阵有较好的定向精度；当,阵列孔径越大，其定距精度越高。在无任何目标位置的先验信息时，为避免整个平面的定位精度不会出现某些点特别大的问题，可采用正三角阵。