[发明专利]基于GPS与超声波的室外机器人定位系统及方法

权利要求书

1.一种基于GPS与超声波的室外机器人定位系统，其特征在于，包括GPS定位系统、超声波定位系统和机器人导航系统；所述超声波定位系统包括在定位区域固定安装的若干个超声波接收模块；所述机器人导航系统安装在机器人本体上，包括GPS天线、GPS处理模块、超声波发射模块、超声波定位处理模块和综合定位芯片；

所述GPS处理模块用于接收处理GPS天线所接收的GPS信号，同时通过串口将GPS处理模块处理后的GPS定位数据传输给综合定位芯片；

所述超声波定位处理模块用于向所述超声波发射模块通过串口提供触发信号并记录时间，同时所述超声波定位处理模块还向超声波接收模块通过无线方式发出触发信号；在超声波接收模块接收到触发信号后开始计时，直到接收到超声波发射模块传输过来的超声波信号时停止计时，所述超声波接收模块通过无线射频信号向所述超声波定位处理模块传输其时间差及超声波接收模块编码；

所述综合定位芯片用于对GPS处理模块的GPS定位数据及超声波定位处理模块的信号进行综合处理，所述GPS处理模块和超声波定位处理模块分别通过串口与所述综合定位芯片连接；在匹配时间后，所述综合定位芯片将机器人的GPS定位数据提交给所述超声波定位处理模块，所述超声波定位处理模块根据所述GPS定位数据进行查表计算和进行定位数据的精确值计算。

2.根据权利要求1所述的基于GPS与超声波的室外机器人定位系统，其特征在于，所述超声波发射模块包括依次连接的第一单片机、超声波发射驱动电路、超声波发射器和第一射频通讯模块；所述超声波接收模块包括依次连接的第二射频通讯模块、超声波接收器、信号调制电路及第二单片机，所述信号调制电路用于信号处理与放大，所述第一射频通讯模块和第二射频通讯模块均用于产生时间基准并实现超声波接收模块与机器人之间的通讯。

3.根据权利要求1所述的基于GPS与超声波的室外机器人定位系统，其特征在于，所述超声波发射模块整体外形为圆台或圆锥形，沿所述圆台或圆锥外壁一周均匀布置有若干个超声波发射器，在所述圆台或圆锥顶部也布置有一个超声波发射器。

4.根据权利要求1所述的基于GPS与超声波的室外机器人定位系统，其特征在于，所述超声波发射模块中还包括温度传感器，用于实时测量室外温度，并将测得的室外温度传送给第一单片机。

5.根据权利要求1所述的基于GPS与超声波的室外机器人定位系统，其特征在于，所述超声波发射器和超声波接收器均采用压电式超声波传感器，所述压电式超声波传感器由两个压电晶片和一个共振板组成。

6.根据权利要求1所述的基于GPS与超声波的室外机器人定位系统，其特征在于，所述机器人采用履带式机器人。

7.一种基于GPS与超声波的室外机器人定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，通过机器人的GPS天线获取GPS信号，由机器人负载的GPS处理模块获取机器人的GPS定位数据；

步骤2，由机器人负载的超声波发射模块发射超声波，同时第一射频通讯模块向超声波接收模块发射时间基准信号；

步骤3，位于定位区域的超声波接收模块接收到所述时间基准信号，由第二射频通讯模块开始启动定时器；所述超声波接收模块同时等待接收发射过来的超声波信号，计算出超声波的飞行时间，通过超声波的飞行时间测定机器人与所述超声波接收模块位置之间的距离；

步骤4，机器人负载的超声波定位处理模块接收到由各个超声波接收模块无线回传的距离信息，计算出机器人的位置坐标；

步骤5，若计算出的机器人位置坐标为唯一解，则采用该位置坐标为机器人的定位结果；若计算出的机器人位置坐标出现多解，将所计算出的机器人多个位置坐标分别与步骤1中的GPS定位数据进行比较，取差值较小者为机器人的定位结果。