[发明专利]一种机器人的近距离混合跟随定位系统及方法

说明书

本发明公开了一种机器人的近距离混合跟随定位系统及方法，所述系统包括跟随者端模块和被跟踪目标端模块，所述被跟踪目标端模块包括无线通信模块A、超声波发射器和处理器A，所述跟随者端模块包括无线通信模块B、超声波接收阵列和处理器B。本发明融合了TOA算法与RSSI算法并通过神经网络训练，最终计算机器人与被跟踪目标端之间的位置关系。相较于传统的使用单一定位算法，实现了较高的定位精度。本发明考虑了多机器人同时工作时信号串扰的问题，提出了每个机器人发送不同频率超声波信号，并通过滤波实现机器人与其对应目标之间的特异性识别。本发明可实现一维、二维、三维定位，对超声波接受阵列布局无特殊限制。

技术领域

本发明属于机器人目标定位领域，具体涉及一种机器人的近距离混合跟随定位系统及方法。

背景技术

随着科学技术的发展，智能机器人已经慢慢的应用于人们的生活之中，机器人目标定位技术也成为了研究热点之一。在机器人目标定位领域，提升机器人的定位精度成为了一大研究热点。超声波以其指向性强、成本较低等优点在近距离定位中表现出良好的实用性。

《一种超声波室内定位方法及系统》介绍了一种由定位目标携带转发器，通过基站发射超声波信号，由定位目标转发至下一基站，通过处理超声波在各个基站间的飞行时间实现定位；

《一种基于复合型超声波信号的超声定位系统》介绍了一种通过发射载波编码信号由互相关算法计算超声波飞行时间，实现定位的方法。

上述两种方法均需要超声波收发时间同步，对超声波飞行时间计算有较高要求，在实际应用过程中，很难精确计算超声波飞行时间，故其很难实现精准定位。此外，《一种可辨识LOS/NLOS声信号的智能手机室内定位系统和方法》介绍了一种采用智能手机发射伪超声信号，采用到达时间差测量算法(TDOA算法)作为定位算法，通过支持向量机(SVM)与证据理论(DS)对测量数据进行识别丢弃，最终完成定位。利用TDOA算法虽然能有效减少对于时间同步的要求，但其提高了算法的复杂度，在实际应用过程中不易求解。

发明内容

为克服现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提出一种能有效解决多个传感器信号间的互扰问题并提高近距离跟随系统相对定位精度的机器人的近距离混合跟随定位系统及方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种机器人的近距离混合跟随定位系统，包括跟随者端模块和被跟踪目标端模块，所述被跟踪目标端模块包括电源电路A、无线通信模块A、超声波发射器和处理器A，所述电源电路A、无线通信模块A、超声波发射器和处理器A均安装在被跟踪目标端，所述电源电路A、无线通信模块A和超声波发射器分别与处理器A连接；所述跟随者端模块包括电源电路B、无线通信模块B、超声波接收阵列和处理器B，所述电源电路B、无线通信模块B、超声波接收阵列和处理器B均安装在跟随者端，所述电源电路B、无线通信模块B和超声波接收阵列分别与处理器B连接；所述无线通信模块A与无线通信模块B通过无线网络进行通信；所述超声波接收阵列包括n个超声波接收器，n≥2；

所述无线通信模块A发出的无线电信号中包含被跟踪目标端模块的状态以及电池状态信息；所述的被跟踪目标端模块的状态包括被跟踪目标端的时间、速度和方向；

所述超声波发射器在无线通信模块A接收到脉冲触发信号后发出频率为f_k的超声波脉冲；

频率f_k在超声波发射器自振频率f₀的附近，且满足f_k＝f₀+k·Δf，其中，k为整数，不同的被跟踪目标端超声波发射器所发出的超声脉冲频率k值不同，Δf为通过带通滤波器进行区分相邻频率的脉冲频率间隔；

超声波发射器每次发出频率为f_k的超声波脉冲持续时间为t_k，t_k大于超声波发射器发射超声波的起振时间t₁₀的2倍；