本发明专利技术公开了一种用于对机器人等在小场域移动的目标实施定位、定向的装置、系统和方法。装置包括：至少三个固定的红外信号发射装置，安装在目标移动平台上的信号接收装置，信号接收装置具有由感光器件组成的环行阵列，感光器件接收的信号导通可控。系统包括：发射模块、接收模块、选通模块、选频模块、Ａ／Ｄ模块，以及接口和处理器。使用上述装置探测出目标移动平台与相关红外信号发射装置的相对角度，以此计算出目标移动平台的位置坐标和朝向。采用本发明专利技术公开的定位装置、系统和方法，可以对室内或小区域内的移动目标进行实时定位、定向，具有技术设备简单、应用成本低廉、性能稳定维护方便的特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及对移动目标进行定位的装置、系统和方法，尤其是对机器人等在小场域移动 的目标定位。
技术介绍
随着科技发展，非工业用机器人正快步走进公共服务领域和家庭，这类机器人大多数需 要依靠车轮在小场域移动。对于这类非固定机器人，无论是程控还是遥控，往往需要确定当期所处的位置和朝向。全球定位系统(GPS)是当前通用的定位方法，其相位观测值的定位精度可以达到毫米， 但是GPS系统在室内或卫星信号不好的环境其性能将急剧下降。GPS系统能精确定位，但 是无法确定目标的朝向，并且其技术复杂、应用成本高。以移动目标的起始坐标为基础，累计其移动路径，计算出当期的位置和朝向，也是一种 定位方法。但是这种方法会产生累积误差，所以在目标需要长时间往复移动的时候使用效果 不佳。在2007年8月1日公开、公开号为CN 101009942A的专利文件中，介绍和公开了一种 在移动通讯领域以探测手段对移动目标进行定位的方法，这一方法利用移动台与多个基站间 的到达时间差值(TDOA)估计来对移动台定位，由于基于TDOA估计的定位方式需要求解基 于TDOA估计建立的一组非线性方程组，其算法复杂、资源占用大、应用成本高。在国防领域，利用雷达对目标定位是个众所周知的、古老而成熟的方法，利用旋转的雷 达天线可以探测目标的方向和距离；相控阵雷达又称作相位阵列雷达，是一种以改变雷达波 相位来改变波束方向的雷达，它是以电子方式控制波束而非传统的机械转动天线面方式的雷 达。上述几种定位方法，用于服务性机器人等在小场域移动的目标定位，存在技术复杂、应 用成本高或定位精度差等问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是为小场域可移动机器人的定位、定向提供了一种技术简单、 维护方便、性能可靠的装置、系统和方法。为解决上述技术问题本专利技术所采用的技术方案是在移动目标活动范围的四周建立三个 以上固定的红外信号发射装置，分别发射接收装置可以辨别的红外信号；在移动目标上安置一个用感光器件组成的水平环形阵列，感光器件所采集的信号导通受计算机控制，釆集的信 号经过选通、放大、选频、检波、滤波后生成当期信号的模拟强度值，把此模拟强度值进行 模/数转换，生成可以被计算机识别的数字化的当期信号强度值，把上述通过选通和选频分 离的信号强度值存入计算机，生成一个分别与接收方向和信号发射装置关联的二维数组；通 过对这一二维数组进行分析，获得相关信号发射装置以移动目标为极点、以移动目标朝向为 极轴的极角；信号发射装置是固定的，其地图坐标、相互距离是已知的，并且巳经事先存储 于计算机；取出相关信号发射装置的相互距离，和测算获得的移动目标与相关信号发射装置 的极角，建立一个方程组，解方程获得一组极径，因而获得移动目标与相关信号发射装置的 相对位置，进而进行坐标系转换，获得移动目标的地图坐标位置和移动目标的朝向。釆用上述装置、系统和方法的有益效果是相对于GPS、差值估计、旋转雷达等探测式 定位系统和方法，本专利技术具有技术简单、维护方便、成本低廉的特点，尤其适用于供公共服 务领域和家庭使用的机器人的探测式定位；相对于路径推算、视频回传等目前用于移动机器 人的估算定位方法，本专利技术具有不存在累积误差、性能可靠的优点；本专利技术为对室内或小区 域内的移动目标进行连续实时的定位、定向提供了一种相对简单、经济、可靠的装置、系统 和方法。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1是本专利技术权利要求3所述由感光器件组成的水平环行阵列的示意图。 图2是本专利技术实施例信号接收装置的纵剖面构造图。 图3是本专利技术实施例信号发射装置的纵剖构造分解图。 图4是本专利技术应用的几何坐标示意图。 图5是本专利技术实施例的系统图。 图6是本专利技术实施例发射装置电路原理图。 图7是本专利技术实施例接收选通模块电路原理图。 图8是本专利技术实施例选频模块电路原理图。 图9是本专利技术实施例模/数转换模块电路原理图。 、图10是本专利技术的应用布置示意图。 图11是本专利技术实施例的控制流程图。 图12是本专利技术实施例采集的二维数组直方图示例。图1中l.感光器件图2中l.感光器件，2.上结构环，3.下结构环，4.电路板，5.接线端子，6.安装孔图3中7.漏斗形反光盖，8.透明杯形罩，9.发射器件，10.电路板，ll.壳体，12.安装座具体实施例方式参见图1 ,本专利技术是基于图1所示的由感光器件组成的水平环行阵列来对移动目标定 位、定向的装置、系统和方法。感光器件阵列，由感光方向水平指向远离圆心的感光器件1组 成的水平环形阵列组成。参见图2 ，本专利技术实施例中的信号接收装置由256只感光器件1焊接在一块圆形电路板4 上，同时由上结构环2和下结构环3固定，电路板4上还焊接有16片4067模拟开关电路 和1片74LS154TTL电路，以及15线接线端子5 。上结构环2和下结构3用绝缘材料制作， 在上结构环2和下结构环3上各均布16个安装孔6 ，其中8对安装孔6用于电路板4的 固定和装置自身的成型，另外8对安装孔6用于与本信号接收装置的上位结构、下位结构 固定和连接。参见图3 ,本专利技术实施例中的信号发射装置由漏斗形反光盖7、透明杯形罩8 、发射 器件9 、电路板10、壳体11和安装座12组成。电路板10上焊接有由NE555组成的 震荡电路和发射器件9 ，发射器件9垂直指向漏斗形反光盖7 ，使发射器件9发射的信 号成伞状均匀覆盖信号发射装置周围区域。信号发射装置安装在移动目标活动区域的四周， 安装位置的标高不宜与信号接收装置的标高相差过大，两者标高之差则是信号盲区的半径。参见图4 ,为方便理解本专利技术的定位方法，绘此几何坐标示意图。示意图中A、 B、 C 三点为信号发射装置，M点为移动目标的位置，过M点的箭头指向为移动目标的朝向。以移 动目标的朝向为极轴，AM、 BM、 CM为极径，极径与极轴的夹角为极角，极角可以通过本 专利技术公开的装置检测获得，极径是本步骤要求解的未知数。图中A、 B、 C三点是固定的、坐 标位置是己知的，因此以此三点连接的三角形的各边、各角也是已知的。设移动目标M点在 三角形内，分别连接A点M点、B点M点、C点M点，这时只要依据极角确定两个以M点为 顶点的角的角度，就能建立方程求出各个角的角度和各条线段的长度。已知AB = c , AC = b , ZBAC = e测得ZAMB 二 a ， ZCMA = P设 AM = x , ZBAM = S依据正弦定理a / SinA = b / SinB = c / SinC 列方程如下c / Sina = x / Sin ( 180 - a - S )b / SinP 二 x / Sin ( 180 — P _ e + S ) 移项后获得c * Sin ( 180 - a - S ) / Sina = xb * Sin ( 180 - e — e + S ) / SinP = x 解方程获得AM和ZBAM ，至此由A、 B、 C、 M四点组成的各个三角形的各边、各角都可以 通过公知的简单计算获得，这里不再详述。下面依据上一步的计算结果说明移动目标坐标和朝向的计算方法过B点作平行于X轴的直线，过M点作平行于Y轴的直线，两直线的交点为D 。已知BM , ZMBC , Z本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种定位方法，由至少三个固定的红外信号发射装置与安装在目标移动平台上的信号接收装置、信号处理电路、控制测算系统组成，其特征在于：Ａ、所述各红外信号发射装置所发射的信号可以被接信号收装置辨别；Ｂ、所述信号接收装置、信号处理电路、控制测算系统，可以测得目标移动平台与红外信号发射装置的相对角度；Ｃ、所述测算系统通过测得的目标移动平台与三个红外信号发射装置的相对角度，计算获得目标移动平台的坐标和朝向。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张铁军，
申请(专利权)人：张铁军，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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