專利名稱：基于超聲波技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動定位方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三維定位技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種利用超聲波技術(shù)進(jìn)行定位的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的定位方法有多種，例如磁帶導(dǎo)引方法，采用磁帶確定行駛路徑，通過車體上的磁性傳感器檢測信號以確定車輛的行駛方向，雖然其路徑比較容易改變或擴(kuò)充；但是容易受環(huán)路周圍金屬物質(zhì)的干擾，磁帶易被污染，導(dǎo)引的可靠性較差。激光導(dǎo)引法，AGV(Automated Guided Vehicle)自動引導(dǎo)運(yùn)輸車實(shí)時接收四周固定設(shè)置的反射鏡片反射過來的激光信號，通過連續(xù)的三角幾何運(yùn)算來確定AGV的當(dāng)前位置，引導(dǎo)AGV沿規(guī)定的路徑行駛，其定位精度高；適合多種環(huán)境；適應(yīng)復(fù)雜路徑和狹窄通道。但是系統(tǒng)成本較高；掃描頭需較高位置，對于室內(nèi)用的工業(yè)廠房使用不大可能。較常見GPS引導(dǎo)法，通過全球定位系統(tǒng)對非固定路面系統(tǒng)中的控制對象進(jìn)行跟蹤和制導(dǎo)，其比較適合室外遠(yuǎn)距離的跟蹤和制導(dǎo)，但是精度取決于GPS的精度及控制對象周圍環(huán)境等因素；如果放到室內(nèi)定位，其容易受到其他干擾波的影響。上述的各種方法均在各自的優(yōu)缺點(diǎn)，但是均不適合應(yīng)用到室內(nèi)進(jìn)行定位，對于工業(yè)領(lǐng)域的室內(nèi)，機(jī)器設(shè)備多，房屋建筑面積和高度有限，因此產(chǎn)生的干擾較多，而隨著工業(yè)化的發(fā)展，機(jī)械化的操作也越來越多，對于一些危險性大的操作，最佳的解決方式是使用工業(yè)機(jī)器人，并且實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人自行運(yùn)行而無需人工操作。因此采用何種方式實(shí)現(xiàn)成本低，定位準(zhǔn)的室內(nèi)定位方式成為大家研究的重點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種成本低，定位準(zhǔn)的基于超聲波技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動定位方法及系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的基于超聲波技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動定位方法，包括根據(jù)預(yù)定的發(fā)射周期發(fā)射超聲波定位信號，所述定位信號包括超聲波載波和紅外載波同步信號，其中紅外載波同步信號包括預(yù)設(shè)的機(jī)器人ID以及啟動時間；接收所述紅外載波同步信號，根據(jù)所述紅外載波同步信號獲取同步時間；接收所述超聲波載波，根據(jù)所述超聲波載波獲取定位時間；將所述同步時間、所述機(jī)器人ID、所述定位時間以及預(yù)設(shè)的接收端ID進(jìn)行封裝獲得數(shù)據(jù)包，將所述數(shù)據(jù)包傳輸至上位機(jī)，傳輸完成后恢復(fù)到初始等待狀態(tài)；根據(jù)同步時間選取同一機(jī)器人至少三組來自不同接收端的數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝獲得封裝包；解析所述封裝包，并根據(jù)封裝包中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算后獲得每組對應(yīng)的接收端空間坐標(biāo)；
根據(jù)每組所述機(jī)器人ID、所述定位時間以及接收端ID以及所述接收端空間坐標(biāo)計(jì)算獲得機(jī)器人空間坐標(biāo)。優(yōu)選的，此方法還包括將空間坐標(biāo)發(fā)送至地圖控制系統(tǒng)，并在地圖控制系統(tǒng)相應(yīng)處顯示空間坐標(biāo)位置。優(yōu)選的，所述發(fā)射周期為30ms_50ms。優(yōu)選的，所述接收所述超聲波載波，根據(jù)所述超聲波載波獲取定位時間的步驟之前還設(shè)有對超聲波載波進(jìn)行濾波?；诔暡夹g(shù)的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動定位系統(tǒng)，包括紅外發(fā)射器，用于根據(jù)預(yù)定的發(fā)射周期發(fā)射紅外載波同步信號，其中紅外載波同步信號包括預(yù)設(shè)的機(jī)器人ID以及啟動時間；超聲波發(fā)生器，用于根據(jù)預(yù)定的發(fā)射周期發(fā)射超聲波載波，且超聲波載波與紅外載波同步信號同步發(fā)射；紅外接收傳感器，用于接收所述紅外載波同步信號，根據(jù)所述紅外載波同步信號獲取同步時間；超聲波接收傳感器，用于接收所述超聲波載波，根據(jù)所述超聲波載波獲取定位時間；第一處理器，用于將所述同步時間、所述機(jī)器人ID、所述定位時間以及預(yù)設(shè)的接收端ID進(jìn)行封裝獲得數(shù)據(jù)包，將所述數(shù)據(jù)包傳輸至上位機(jī)，傳輸完成后恢復(fù)到初始等待狀態(tài)；上位機(jī)，用于根據(jù)同步時間選取同一機(jī)器人至少三組來自不同接收端的數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝獲得封裝包；后臺控制系統(tǒng)，解析所述封裝包，并根據(jù)封裝包中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算后獲得每組對應(yīng)的接收端空間坐標(biāo)；第二處理器，用于根據(jù)每組所述機(jī)器人ID、所述定位時間以及接收端ID以及所述接收端空間坐標(biāo)計(jì)算獲得機(jī)器人空間坐標(biāo)。優(yōu)選的，還包括數(shù)字地圖中央平臺，用于根據(jù)所述機(jī)器人空間坐標(biāo)可視化的顯示器其在地圖上的空間坐標(biāo)位置。優(yōu)選的，所述紅外發(fā)射器，所述超聲波發(fā)生器以及所述第二處理器固定于工業(yè)機(jī)器人上。優(yōu)選的，所述紅外接收傳感器，超聲波接收傳感器以及第一處理器構(gòu)成接收端；所述接收端設(shè)有多個，且多個所述接收端呈撲結(jié)構(gòu)排布。本發(fā)明的技術(shù)方案，首先通過紅外信號啟動接收端，且接收端設(shè)有多個，而發(fā)射端只有一個，并且接收端與發(fā)射端發(fā)送的信號均包括其對應(yīng)的識別編碼；使得獲取信息時，針對同一個機(jī)器人發(fā)射出的信號，不同接收端接收后反饋的信號均可以通過識別編碼即機(jī)器人ID以及接收端ID進(jìn)行識別，因此不會造成信息的混亂；適用于同時多臺機(jī)器人操作運(yùn)行而不會出現(xiàn)錯誤定位。并且本發(fā)明中將發(fā)射端設(shè)置在機(jī)器人端，而接收端則可以設(shè)置在天花板或者墻壁上，因此可以縮短信號來回傳送的時間，更加精準(zhǔn)的獲得機(jī)器人的空間坐標(biāo)。且接收端的數(shù)量較多，作為靜態(tài)接收裝置，相比于發(fā)射端至于天花板上，接收端至于機(jī)器人上而言成本大大降低。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明計(jì)算空間坐標(biāo)時的坐標(biāo)示意圖；圖2為本發(fā)明超聲波波速與溫度的對應(yīng)關(guān)系表；圖3為基于超聲波技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動定位方法的流程圖；圖4為基于超聲波技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。請參見附圖3，基于超聲波技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動定位方法，包括根據(jù)預(yù)定的發(fā)射周期發(fā)射超聲波定位信號，所述定位信號包括超聲波載波和紅外載波同步信號，其中紅外載波同步信號包括預(yù)設(shè)的機(jī)器人ID以及啟動時間(步驟I);接收所述紅外載波同步信號，根據(jù)所述紅外載波同步信號獲取同步時間(步驟2);接收所述超聲波載波，根據(jù)所述超聲波載波獲取定位時間(步驟3);將所述同步時間、所述機(jī)器人ID、所述定位時間以及預(yù)設(shè)的接收端ID進(jìn)行封裝獲得數(shù)據(jù)包，將所述數(shù)據(jù)包傳輸至上位機(jī)，傳輸完成后恢復(fù)到初始等待狀態(tài)(步驟4);根據(jù)同步時間選取同一機(jī)器人至少三組來自不同接收端的數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝獲得封裝包(步驟5);解析所述封裝包，并根據(jù)封裝包中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算后獲得每組對應(yīng)的接收端空間坐標(biāo)(步驟6);根據(jù)每組所述機(jī)器人ID、所述定位時間以及接收端ID以及所述接收端空間坐標(biāo)計(jì)算獲得機(jī)器人空間坐標(biāo)(步驟7)。下面將詳細(xì)介紹本發(fā)明的各個步驟的具體執(zhí)行方案的最優(yōu)選方案，當(dāng)然不排除可以通過其他方式實(shí)現(xiàn)每一步驟，但均屬于本發(fā)明所公開的方案范疇。在執(zhí)行步驟I時，在一個空間中，存在多臺機(jī)器人同時實(shí)用，而要進(jìn)行無人駕駛，為了使信號傳遞過程中不造成混亂，因此對每一個機(jī)器人都進(jìn)行編碼，即每一個機(jī)器人ID都不同；預(yù)定的發(fā)射周期最佳的為30ms-50ms ;當(dāng)然此時間間隔可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整；超聲波載波和紅外載波同步發(fā)射信號。在執(zhí)行步驟2時，紅外線的速度是光速，紅外載波同步信號快于超聲波載波達(dá)到，獲得同步時間T0。在執(zhí)行步驟3時，接收所述超聲波載波，根據(jù)所述超聲波載波獲取定位時間T，T是從發(fā)射端開始發(fā)射超聲波到接受端接收到超聲波的時間。在執(zhí)行步驟4時，由于需要采用至少三點(diǎn)定位，因此接收端有多個，因此為而來將來自不同的接收端的信號分辨出來，同樣的，接收端也將預(yù)設(shè)不同的固定的ID，接收端ID可以包括區(qū)間編號以及接收器編號，例如I區(qū)為001接收器，則可表示為1#001 ;因此每個數(shù)據(jù)包將包括同步時間TO+定時時間T+機(jī)器人ID+接收端ID ;接收端封包后通過串口總線傳輸至上位機(jī)，且為了不影響下一個設(shè)備傳過來的數(shù)據(jù)，在傳輸完成后，恢復(fù)到初始等待狀態(tài)即馬上進(jìn)行清零。在執(zhí)行步驟5時，上位機(jī)根據(jù)傳輸過來的同步時間TO和機(jī)器人ID選擇至少3組來自不同接收端的數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝；當(dāng)然為了減少偏差，還可以選擇四組數(shù)據(jù)，第四組數(shù)據(jù)用于糾正偏差。在執(zhí)行步驟6時，解析的過程為分包后者解包的過程，然后根據(jù)包中接收端ID獲取對應(yīng)的接收端空間坐標(biāo)，然后按照機(jī)器人的ID在此封裝一個完整的數(shù)據(jù)包發(fā)送給機(jī)器人；在執(zhí)行步驟7時，通過三點(diǎn)定位四點(diǎn)消差的計(jì)算方法來計(jì)算機(jī)器人空間坐標(biāo)，根據(jù)接收端的物理空間坐標(biāo)(x，y，z)與超聲波的定時時間T可由下列公式計(jì)算得到目標(biāo)物的實(shí)際坐標(biāo)。例如，請參加附圖1。在廠房內(nèi)建立坐標(biāo)系，以0點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，超聲波一個區(qū)間的接收端模塊坐標(biāo)點(diǎn)分別為 A(xl, yl, zl)、B(x2, y2, z2)、C(x3, y3, z3)、D(x4, y4, z4) ；x0 (x, y, z)點(diǎn)為移動物體坐標(biāo)點(diǎn)(即為發(fā)射端)，接收電路模塊處于同一平面內(nèi)，采用三點(diǎn)定位四點(diǎn)消差(誤差)的辦法來精確的運(yùn)動物體的坐標(biāo)；200C (廠房中有個溫度傳感器可以對不同溫度下的速率進(jìn)行調(diào)整)下超聲波的速率是V=344m/s (米/秒)，x0端到各接受端的定時時間為:11，t2，t3，t4則距離為S1=V^tl, S2=V*t2, Ss=V*t3, S4=V*t4
按照系統(tǒng)坐標(biāo)系可得出移動物體的空間坐標(biāo):(xl_x)2+ (yl-y)2+ (zl_z) ^S12(x2_x)2+ (y2_y)2+ (z2_z) 2=S22 (I) (x3_x)2+ (y3-y)2+ (z3_z) 2=S32(xl-x)2+ (yl-y)2+ (zl_z) ^S12(x2_x)2+ (y2_y)2+ (z2_z) 2=S22 (2)(x4_x)2+ (y4-y)2+ (z4_z) 2=S42(xl-x)2+ (yl-y)2+ (zl_z) ^S12(x3~x)2+ (y3-y)2+ (z3~z) 2=S32 (3)(x4_x)2+ (y4-y)2+ (z4_z) 2=S42(x2_x)2+ (y2_y)2+ (z2_z) ^S12(x3~x)2+ (y3-y)2+ (z3~z) 2=S32 (4)(x4_x)2+ (y4-y)2+ (z4_z) 2=S42通過(I)、⑵、(3)、(4)四組方程可分別求得移動物體的4組空間坐標(biāo)(x，y，z),最后4組空間坐標(biāo)來求均值得出移動物體空間坐標(biāo)的近似值，以最大可能減少移動物坐標(biāo)誤差。其中，由于室內(nèi)的溫度會影響超聲波波速，例如20°C的波速為344m/S，30°C時為349m/s，其具體對照值請參加附圖2。根據(jù)此方法可最終精確的得到被測物的位置信息，且精確度可以達(dá)到毫米計(jì)。在此需要說明的是，完整的數(shù)據(jù)包一般包括所述機(jī)器人ID、所述定位時間以及接收端ID以及所述接收端空間坐標(biāo)；例如完整數(shù)據(jù)包格式機(jī)器人ID+(接收端idl#001+坐標(biāo)Cl#001+定時時間T1&接收端idl#002+坐標(biāo)Cl#002+定時時間T2&接收端idl#003+坐標(biāo)Cl#003+定時時間T3。因?yàn)橥綍r間主要用在上位機(jī)收集三組同一臺機(jī)器人的不同數(shù)據(jù)包幫助判斷，而收齊完后則不再使用，因此最終計(jì)算時可以舍棄掉，但是，不代表完整數(shù)據(jù)包僅僅只能包含這些數(shù)據(jù)，其也可以根據(jù)需要增加其他的數(shù)據(jù)同時封裝發(fā)送。優(yōu)選的，此方法還包括將空間坐標(biāo)發(fā)送至地圖控制系統(tǒng)，并在地圖控制系統(tǒng)相應(yīng)處顯示空間坐標(biāo)位置，通過空間坐標(biāo)的顯示展示給這樣操作人員就明顯的觀察所有設(shè)備所在的運(yùn)動區(qū)，如果那個設(shè)備出了問題，也可以及時去那個區(qū)的找設(shè)備，因此其主要作用可視化的顯示運(yùn)動的機(jī)器人，同時操作人員也可對機(jī)器人發(fā)送控制指令。優(yōu)選的，由于超聲波容易受到室內(nèi)溫度以及噪音等影響，因此所述接收所述超聲波載波，根據(jù)所述超聲波載波獲取定位時間的步驟之前還設(shè)有對超聲波載波進(jìn)行濾波。它是對接收到的超聲波中的短波、損波進(jìn)行過濾，那個時間段內(nèi)；比如是在后臺收集到10組同一個機(jī)器人發(fā)來的數(shù)據(jù)包，對它進(jìn)行均值，采用隊(duì)列中先進(jìn)先進(jìn)，后來的補(bǔ)上的方式，本步驟的目的就是提高超聲波定位的準(zhǔn)確性。為了更加直觀、深入的了解本發(fā)明，本發(fā)明還提供了與上述犯法對應(yīng)的基于超聲波技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動定位系統(tǒng)，請參照附圖4包括紅外發(fā)射器，用于根據(jù)預(yù)定的發(fā)射周期發(fā)射紅外載波同步信號，其中紅外載波同步信號包括預(yù)設(shè)的機(jī)器人ID以及啟動時間；超聲波發(fā)生器，用于根據(jù)預(yù)定的發(fā)射周期發(fā)射超聲波載波，且超聲波載波與紅外載波同步信號同步發(fā)射；紅外接收傳感器，用于接收所述紅外載波同步信號，根據(jù)所述紅外載波同步信號獲取同步時間；超聲波接收傳感器，用于接收所述超聲波載波，根據(jù)所述超聲波載波獲取定位時間；第一處理器，用于將所述同步時間、所述機(jī)器人ID、所述定位時間以及預(yù)設(shè)的接收端ID進(jìn)行封裝獲得數(shù)據(jù)包，將所述數(shù)據(jù)包傳輸至上位機(jī)，傳輸完成后恢復(fù)到初始等待狀態(tài)；上位機(jī)，用于根據(jù)同步時間選取同一機(jī)器人至少三組來自不同接收端的數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝獲得封裝包；后臺控制系統(tǒng)，解析所述封裝包，并根據(jù)封裝包中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算后獲得每組對應(yīng)的接收端空間坐標(biāo)；第二處理器，用于根據(jù)每組所述機(jī)器人ID、所述定位時間以及接收端ID以及所述接收端空間坐標(biāo)計(jì)算獲得機(jī)器人空間坐標(biāo)。其中，優(yōu)選的，所述紅外發(fā)射器，所述超聲波發(fā)生器以及所述第二處理器固定于工業(yè)機(jī)器人上。其中，優(yōu)選的，所述紅外接收傳感器，超聲波接收傳感器以及第一處理器構(gòu)成接收端；所述接收端設(shè)有多個，且多個所述接收端呈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)排布。呈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的排布可以消除盲區(qū)，同時還可以通過在室內(nèi)增加溫度傳感器來調(diào)整超聲波速率進(jìn)一步消除盲區(qū)，增加數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。第二處理器中攜帶有根據(jù)廠區(qū)實(shí)際情況而預(yù)設(shè)好的地圖信息以及需要行走的軌道信息，從而用于指揮自我導(dǎo)航和下一步行動的目的地，在計(jì)算獲得了機(jī)器人空間坐標(biāo)后用于自主導(dǎo)航，同時優(yōu)選的，本系統(tǒng)還包括數(shù)字地圖中央平臺，用于根據(jù)所述機(jī)器人空間坐標(biāo)可視化的顯示器其在地圖上的空間坐標(biāo)位置。預(yù)設(shè)的地圖需要根據(jù)實(shí)際的廠區(qū)情況進(jìn)行設(shè)定，且可以選擇將坐標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn)選擇為三角位置，即角落位置，從而使后面的位置信息參照時更為精準(zhǔn)。優(yōu)選的，下面將整個系統(tǒng)的工作過程作具體說明，以便于更加清楚的了解本發(fā)明技術(shù)方案。但是完成本發(fā)明的技術(shù)方案的執(zhí)行系統(tǒng)并非只有下述一種，以下舉例為最佳實(shí)施例。因超聲波的傳播速率影響，適用于慢速移動物體的準(zhǔn)確定位。定位精確至毫米級，由于超聲波受到環(huán)境的影響，所以在實(shí)際運(yùn)用中要考慮環(huán)境因素，在室內(nèi)物體運(yùn)動道路的上方(天花板)合理位置部署聲波接收端，以保證能覆蓋到發(fā)射端的發(fā)射信號。機(jī)器人啟動時通過超聲波發(fā)射端開始發(fā)送定位信號，超聲波發(fā)生器發(fā)射超聲波載波，紅外發(fā)射器發(fā)射紅外載波的同步信息，其包括機(jī)器人ID和啟動時間。紅外接收傳感器收到紅外載波同步信號后，獲取一個同步時間T0，啟動超聲波接收器準(zhǔn)備接受超聲波載波，超聲波接收傳感器收到超聲載波后獲取一個定時時間T，超聲波每個接收端都有一個固定ID，包括區(qū)間編號+接收器編號，例如I區(qū)001接收器可表示為1#001 ;形成包含有同步時間TO+定時時間T+機(jī)器人ID+接收端ID的數(shù)據(jù)信息；接收端將數(shù)據(jù)信息封包形成數(shù)據(jù)包立即通過串口總線傳輸?shù)缴衔粰C(jī)；接收端傳輸完數(shù)據(jù)包后，將接收端數(shù)據(jù)清零，回到等待狀態(tài)。上位機(jī)根據(jù)傳過來的同步時間TO和設(shè)備ID選擇至少3組不同接收端ID的數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝后獲得封裝包通過WIFI傳輸?shù)胶笈_控制系統(tǒng)，后臺控制系統(tǒng)對發(fā)過來的封裝包解析，根據(jù)封裝包中的接收端ID獲取對應(yīng)的接收端的空間坐標(biāo)，按照機(jī)器人ID再次封裝一個完整的數(shù)據(jù)包實(shí)時發(fā)送給對應(yīng)的機(jī)器人，其中后臺控制系統(tǒng)與上述方式步驟中所概述的中央數(shù)字地圖控制平臺相關(guān)聯(lián)；在此需要說明的是，本發(fā)明中提及的機(jī)器人是指可以通過后臺控制的智能設(shè)備，如AGV小車或者其他的只能設(shè)備。第二處理器可以為ARM處理器即微處理器調(diào)用三點(diǎn)定位四點(diǎn)消差的算法來計(jì)算機(jī)器人空間坐標(biāo)，其算法在前述方法實(shí)施例中已經(jīng)闡述，因此再此不再重復(fù)，或者了機(jī)器人空間坐標(biāo)即完成一個周期；這個周期從發(fā)射到完成形成了一個閉環(huán)，發(fā)射端每隔30ms飛Oms便發(fā)射一次載波；在這段時間內(nèi)完成這個閉環(huán)，很大程度上提高了對運(yùn)動物體的定位。本發(fā)明技術(shù)方案通過紅外信號啟動接收端，且接收端設(shè)有多個，而發(fā)射端只有一個，并且接收端與發(fā)射端發(fā)送的信號均包括其對應(yīng)的識別編碼；使得獲取信息時，針對同一個機(jī)器人發(fā)射出的信號，不同接收端接收后反饋的信號均可以通過識別編碼即機(jī)器人ID以及接收端ID進(jìn)行識別，因此不會造成信息的混亂；適用于同時多臺機(jī)器人操作運(yùn)行而不會出現(xiàn)錯誤定位。并且本發(fā)明中將發(fā)射端設(shè)置在機(jī)器人端，而接收端則可以設(shè)置在天花板或者墻壁上，因此可以縮短信號來回傳送的時間，更加精準(zhǔn)的獲得機(jī)器人的空間坐標(biāo)。且接收端的數(shù)量較多，作為靜態(tài)接收裝置，相比于發(fā)射端至于天花板上，接收端至于機(jī)器人上而言成本大大降低。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.基于超聲波技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動定位方法，其特征在于，包括: 根據(jù)預(yù)定的發(fā)射周期發(fā)射超聲波定位信號，所述定位信號包括:超聲波載波和紅外載波同步信號，其中紅外載波同步信號包括預(yù)設(shè)的機(jī)器人ID以及啟動時間； 接收所述紅外載波同步信號，根據(jù)所述紅外載波同步信號獲取同步時間； 接收所述超聲波載波，根據(jù)所述超聲波載波獲取定位時間； 將所述同步時間、所述機(jī)器人ID、所述定位時間以及預(yù)設(shè)的接收端ID進(jìn)行封裝獲得數(shù)據(jù)包，將所述數(shù)據(jù)包傳輸至上位機(jī)，傳輸完成后恢復(fù)到初始等待狀態(tài)； 根據(jù)同步時間選取同一機(jī)器人至少三組來自不同接收端的數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝獲得封裝包； 解析所述封裝包，并根據(jù)封裝包中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算后獲得每組對應(yīng)的接收端空間坐標(biāo)； 根據(jù)每組所述機(jī)器人ID、所述定位時間以及接收端ID以及所述接收端空間坐標(biāo)計(jì)算獲得機(jī)器人空間坐標(biāo)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于超聲波技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動定位方法，其特征在于，此方法還包括:將空間坐標(biāo)發(fā)送至地圖控制系統(tǒng)，并在地圖控制系統(tǒng)相應(yīng)處顯示空間坐標(biāo)位置。
3.如權(quán)利要求1或2所述的基于超聲波技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動定位方法，其特征在于，所述發(fā)射周期為30ms-50ms。
4.如權(quán)利要求1或2 所述的基于超聲波技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動定位方法，其特征在于，所述接收所述超聲波載波，根據(jù)所述超聲波載波獲取定位時間的步驟之前還設(shè)有對超聲波載波進(jìn)行濾波。
5.基于超聲波技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動定位系統(tǒng)，其特征在于，包括: 紅外發(fā)射器，用于根據(jù)預(yù)定的發(fā)射周期發(fā)射紅外載波同步信號，其中紅外載波同步信號包括預(yù)設(shè)的機(jī)器人ID以及啟動時間； 超聲波發(fā)生器，用于根據(jù)預(yù)定的發(fā)射周期發(fā)射超聲波載波，且超聲波載波與紅外載波同步信號同步發(fā)射； 紅外接收傳感器，用于接收所述紅外載波同步信號，根據(jù)所述紅外載波同步信號獲取同步時間； 超聲波接收傳感器，用于接收所述超聲波載波，根據(jù)所述超聲波載波獲取定位時間；第一處理器，用于將所述同步時間、所述機(jī)器人ID、所述定位時間以及預(yù)設(shè)的接收端ID進(jìn)行封裝獲得數(shù)據(jù)包，將所述數(shù)據(jù)包傳輸至上位機(jī)，傳輸完成后恢復(fù)到初始等待狀態(tài)；上位機(jī)，用于根據(jù)同步時間選取同一機(jī)器人至少三組來自不同接收端的數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝獲得封裝包； 后臺控制系統(tǒng)，解析所述封裝包，并根據(jù)封裝包中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算后獲得每組對應(yīng)的接收端空間坐標(biāo)； 第二處理器，用于根據(jù)每組所述機(jī)器人ID、所述定位時間以及接收端ID以及所述接收端空間坐標(biāo)計(jì)算獲得機(jī)器人空間坐標(biāo)。
6.如權(quán)利要求5所述的基于超聲波技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動定位系統(tǒng)，其特征在于，還包括數(shù)字地圖中央平臺，用于根據(jù)所述機(jī)器人空間坐標(biāo)可視化的顯示器其在地圖上的空間坐標(biāo)位置。
7.如權(quán)利要求5所述的基于超聲波技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動定位系統(tǒng)，其特征在于，所述紅外發(fā)射器，所述超聲波發(fā)生器以及所述第二處理器固定于工業(yè)機(jī)器人上。
8.如權(quán)利要求5所述的基于超聲波技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動定位系統(tǒng)，其特征在于，所述紅外接收傳感器，超聲波接收傳感器以及第一處理器構(gòu)成接收端；所述接收端設(shè)有多個，且多個所述接收端呈拓 撲結(jié)構(gòu)排布。
全文摘要
本發(fā)明提出一種基于超聲波技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動定位方法，包括根據(jù)預(yù)定的發(fā)射周期發(fā)射超聲波定位信號，所述定位信號包括超聲波載波和紅外載波同步信號，其中紅外載波同步信號包括預(yù)設(shè)的機(jī)器人ID以及啟動時間；獲取同步時間；根據(jù)超聲波載波獲取定位時間；封裝同步時間、機(jī)器人ID、定位時間以及預(yù)設(shè)的接收端ID獲得數(shù)據(jù)包；選取同一機(jī)器人至少三組來自不同接收端的數(shù)據(jù)包封裝獲得封裝包；解析封裝包，并根據(jù)封裝包中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算后獲得每組對應(yīng)的接收端空間坐標(biāo)；根據(jù)每組機(jī)器人ID、定位時間以及接收端ID以及接收端空間坐標(biāo)計(jì)算獲得機(jī)器人空間坐標(biāo)。本發(fā)明提出一種成本低，定位準(zhǔn)的基于超聲波技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動定位方法及系統(tǒng)。
文檔編號G01S1/72GK103076591SQ20131001209
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月11日
發(fā)明者方耿, 王亞軍, 喻健, 韓英濤 申請人:廣州飛銳網(wǎng)絡(luò)科技有限公司