超声波接收装置、超声波发射装置及超声波室内定位系统的制作方法

本发明属于室内定位技术领域，尤其涉及一种超声波接收装置、超声波发射装置及超声波室内定位系统。

背景技术：

随着科技的发展，卫星定位技术得到不断的完善。由于卫星信号难以穿过建筑物，使得卫星定位难以在封闭的室内发挥作用，室内定位技术成为近几年来研究的热点。室内定位即在运动物体工作的二维环境下通过某些传感器进行环境感知获取环境信息，在经过信息处理后确定该物体自身的坐标及位姿。超声波定位凭借反射性强、穿透能力强、能量易集中、定位精度和稳定度较高等优点，在室内定位中应用比较广泛。超声波定位就是通过超声波接收装置接收到超声波的时间，结合超声波的传播速度，计算出目标点的位置。在物流中心、仓库以及工厂里，存在着许多代替人们做繁重工作的的移动机器人和搬运车，通过超声波定位技术能够掌控这些移动物体的状态以及位置；在医疗领域，超声波定位被应用于药物和医疗设备的实时查找、婴儿防盗以及工作人员的实时监控。有的医院引进了超声波盲人导航系统，即通过超声波定位，将具体方位和障碍物的大小转换成声音，使盲人能够在医院内自主的运动。虽然超声波定位技术发展迅速，但由于超声波定位存在接收死区和多径效应，使得超声定位的精度有待进一步提高。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种超声波接收装置、超声波发射装置及超声波室内定位系统，以解决现有技术中超声波定位存在的接收死区和多径效应问题。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种超声波接收装置，包括：第一转动部件、至少两个超声波接收探头、至少两个计时器、第一通信模块以及第一控制器；所述至少两个超声波接收探头设置在所述第一转动部件上；每个所述超声波接收探头与对应的所述计时器电连接，并在所述超声波接收探头接收到超声波信号后控制对应的所述计时器停止计时；所述第一控制器用于通过所述第一通信模块发出超声波发射指令并启动所述至少两个计时器，以及根据所述至少两个计时器的计时信息计算超声波发射装置的位置，并根据所述超声波发射装置的位置控制所述第一转动部件的转动。

本发明实施例提供的超声波接收装置，通过设置第一转动部件，使得超声波接收装置能够根据其对应的超声波发射装置的位置，实时调整第一转动部件的转动角度，从而使设置在第一转动部件上的超声波接收探头能够始终朝向与其对应的超声波发射装置，避免出现接收死区和多径效应。

结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述第一转动部件包括第一舵机以及与所述第一舵机枢接的第二舵机；所述第二舵机上设置有所述至少两个超声波接收探头。

本发明实施例提供的超声波接收装置，通过第一舵机和第二舵机构成的第一转动部件实现超声波接收装置中超声波接收探头的转动。由于第一转动部件包括两个舵机，从而使超声波接收探头能够进行两个方向上的角度调整，进而使超声波接收探头能够始终朝向与其对应的超声波发射装置，避免出现接收死区和多径效应。

根据第二方面，本发明实施例提供了一种超声波发射装置，包括：第二转动部件、超声波发射探头、第二通信模块以及第二控制器；所述超声波发射探头设置在所述第二转动部件上；所述第二控制器用于通过所述第二通信模块接收超声波发射指令，并根据所述超声波发射指令控制所述超声波发射探头发射超声波信号，以及接收所述超声波发射装置的位置，并根据所述超声波发射装置的位置控制所述第二转动部件的转动。

本发明实施例提供的超声波发射装置，通过设置第二转动部件，使得超声波发射装置能够根据其位置，实时调整第二转动部件的转动角度，从而使设置在第二转动部件上的超声波发射探头能够始终朝向与其对应的超声波接收装置，避免出现接收死区和多径效应。

结合第二方面，在第二方面第一实施方式中，所述第二转动部件包括第三舵机以及与所述第三舵机枢接的第四舵机；所述第四舵机上设置有所述超声波发射探头。

本发明实施例提供的超声波发射装置，通过第三舵机和第四舵机构成的第二转动部件实现超声波发射装置中超声波发射探头的转动。由于第二转动部件包括两个舵机，从而使超声波发射探头能够进行两个方向上的角度调整，进而使超声波发射探头能够始终朝向与其对应的超声波接收装置，避免出现接收死区和多径效应。

根据第三方面，本发明实施例提供了一种超声波室内定位系统，包括如第一方面或第一方面第一实施方式所述的超声波接收装置。

结合第三方面，在第三方面第一实施方式中，所述超声波室内定位系统还包括超声波发射装置，所述超声波发射装置包括设置在移动物体上的超声波发射探头、第二通信模块以及第二控制器；所述第二控制器用于通过所述第二通信模块接收所述超声波接收装置发出的超声波发射指令，并根据所述超声波发射指令控制所述超声波发射探头发射超声波信号。

根据第四方面，本发明实施例提供了另一种超声波室内定位系统，包括如第二方面或第二方面第一实施方式所述的超声波发射装置。

结合第四方面，在第四方面第一实施方式中，所述超声波室内定位系统还包括超声波接收装置，所述超声波接收装置包括设置在屋顶上的至少两个超声波接收探头、至少两个计时器、第一通信模块以及第一控制器；每个所述超声波接收探头与对应的所述计时器电连接，并在所述超声波接收探头接收到超声波信号后控制对应的所述计时器停止计时；所述第一控制器用于通过所述第一通信模块发出超声波发射指令并启动所述至少两个计时器，以及根据所述至少两个计时器的计时信息计算所述超声波发射装置的位置。

根据第五方面，本发明实施例提供了第三种超声波室内定位系统，包括第一方面或第一方面第一实施方式所述的超声波接收装置以及如第二方面或第二方面第一实施方式所述的超声波发射装置。

结合第五方面，在第五方面第一实施方式中，所述超声波接收装置设置在屋顶上，所述超声波发射装置设置在移动物体上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的超声波接收装置的一个具体示例的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的超声波室内定位系统的一个具体示例的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的超声波发射装置的一个具体示例的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的超声波室内定位系统的另一个具体示例的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的超声波室内定位系统的第三个具体示例的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本发明实施例提供了一种超声波接收装置，如图1所示，该超声波接收装置可以包括：第一转动部件100、超声波接收探头201～204、计时器、第一通信模块300以及第一控制器400。超声波接收探头201～204设置在第一转动部件100上。

在图1所示的超声波接收装置中，为每个超声波接收探头201～204分别配置了一个计时器，每个超声波接收探头201～204分别与对应的计时器电连接。每个超声波接收探头201～204接收到超声波信号后，控制对应的计时器停止计时。

第一控制器400用于通过第一通信模块300发出超声波发射指令并启动计时器。在每个超声波接收探头201～204接收到超声波信号后，超声波接收探头201～204会控制对应的计时器停止计时，并且计时器会将其计时信息发送至第一控制器400。第一控制器400根据计时器的计时信息计算对应的超声波发射装置的位置，并根据超声波发射装置的位置控制第一转动部件100的转动。

在一具体实施方式中，第一转动部件100可以包括第一舵机101以及与第一舵机101枢接的第二舵机102。第二舵机102上设置有超声波接收探头201～204。在一具体实施方式中，可以在第二舵机102的下端面设置一平板，将超声波接收探头201～204分别设置在平板的四角。由于在第一转动部件100中设置了两个舵机101和102，使得超声波接收探头201～204能够进行两个方向上的角度调整。

需要说明的是，超声波接收装置中超声波接收探头的数量需要设置为两个或两个以上，本发明实施例对其具体数量并不作限制。在图1中，以设置有四个超声波接收探头201～204的超声波接收装置为例进行示意性说明。

本发明实施例提供的超声波接收装置，通过设置第一转动部件，使得超声波接收装置能够根据其对应的超声波发射装置的位置，实时调整第一转动部件的转动角度，从而使设置在第一转动部件上的超声波接收探头能够始终朝向与其对应的超声波发射装置，避免出现接收死区和多径效应。

利用图1所示的超声波接收装置，本发明实施例还提供了一种超声波室内定位系统，如图2所示，该超声波室内定位系统包括如图1所示的超声波接收装置。可选的，如图2所示，超声波室内定位系统还可以包括与超声波接收装置配合使用的超声波发射装置。在一具体实施方式中，超声波发射装置可以包括设置在移动物体上的超声波发射探头500、第二通信模块600以及第二控制器700。

第二控制器700用于通过第二通信模块600接收超声波接收装置发出的超声波发射指令，并根据超声波发射指令控制超声波发射探头500发射超声波信号。

本发明实施例还提供了一种超声波发射装置，如图3所示，该超声波发射装置可以包括：第二转动部件800、超声波发射探头500、第二通信模块600以及第二控制器700。超声波发射探头500设置在第二转动部件800上。

第二控制器700用于通过第二通信模块600接收超声波发射指令，并根据超声波发射指令控制超声波发射探头500发射超声波信号。与图3所示的超声波发射装置配合使用的超声波接收装置在接收到超声波信号后，能够根据超声波信号计算出超声波发射装置的位置，并将位置信息反馈至图3所示的超声波发射装置。图3所示超声波发射装置中的第二控制器700可以通过第二通信模块600接收位置信息，根据位置信息控制第二转动部件800的转动。

在一具体实施方式中，第二转动部件800可以包括第三舵机801以及与第三舵机801枢接的第四舵机802。第四舵机802上设置有超声波发射探头500。由于在第二转动部件800中设置了两个舵机801和802，使得超声波发射探头500能够进行两个方向上的角度调整。

可选的，在一具体实施方式中，如图3所示，还可以在超声波发射装置中增设姿态检测模块910和显示屏920，姿态检测模块910和显示屏920均与第二控制器700电连接。姿态检测模块910用于实时检测超声波发射装置的姿态信息，并将姿态信息发送至第二控制器700，从而使第二控制器700根据位置信息并结合姿态信息，对第二转动部件800进行转动控制。

本发明实施例提供的超声波发射装置，通过设置第二转动部件，使得超声波发射装置能够根据其位置，实时调整第二转动部件的转动角度，从而使设置在第二转动部件上的超声波发射探头能够始终朝向与其对应的超声波接收装置，避免出现接收死区和多径效应。

利用图3所示的超声波发射装置，本发明实施例还提供了另一种超声波室内定位系统，如图4所示，该超声波室内定位系统包括如图3所示的超声波发射装置。可选的，如图4所示，超声波室内定位系统还可以包括与超声波发射装置配合使用的超声波接收装置。在一具体实施方式中，超声波接收装置可以包括

设置在屋顶上的两个超声波接收探头201～202、两个计时器、第一通信模块300以及第一控制器400。在一具体实施方式中，为每个超声波接收探头201～202分别配置了一个计时器，每个超声波接收探头201～202分别与对应的计时器电连接，每个超声波接收探头201～202接收到超声波信号后，控制对应的计时器停止计时。

第一控制器400用于通过第一通信模块300向图3所示的超声波发射装置发出超声波发射指令并启动两个计时器。在每个超声波接收探头201～202接收到图3所示的超声波发射装置发出的超声波信号后，超声波接收探头201～202会控制对应的计时器停止计时，并且计时器会将其计时信息发送至第一控制器400。第一控制器400根据计时器的计时信息计算对应的超声波发射装置的位置，并将位置信息反馈至图3所示的超声波发射装置。图3所示的超声波发射装置在接收到位置信息后，会根据位置信息控制第二转动部件800的转动，从而使设置在第二转动部件800上的超声波发射探头500能够始终朝向与其对应的超声波接收装置，避免出现接收死区和多径效应。

需要说明的是，超声波接收装置中超声波接收探头的数量需要设置为两个或两个以上，本发明实施例对其具体数量并不作限制。在图4中，以设置有两个超声波接收探头201～202的超声波接收装置为例进行示意性说明。

本发明实施例还提供了第三种超声波室内定位系统，如图5所示，该超声波室内定位系统包括如图1所示的超声波接收装置和如图3所示的超声波发射装置。在一具体实施方式中，可以将超声波接收装置设置在屋顶上，将超声波发射装置设置在移动物体上。

在超声波接收装置中，为每个超声波接收探头201～204分别配置了一个计时器，每个超声波接收探头201～204分别与对应的计时器电连接。每个超声波接收探头201～204接收到超声波信号后，控制对应的计时器停止计时。

第一控制器400用于通过第一通信模块300向超声波发射装置发出超声波发射指令并启动计时器。在每个超声波接收探头201～204接收到超声波信号后，超声波接收探头201～204会控制对应的计时器停止计时，并且计时器会将其计时信息发送至第一控制器400。第一控制器400根据计时器的计时信息计算对应的超声波发射装置的位置，并根据超声波发射装置的位置控制第一转动部件100的转动。同时，第一控制器400还利用第一通信模块300向超声波发射装置反馈位置信息，从而使超声波发射装置中的第二控制器700根据位置信息控制第二转动部件800的转动。通过第一转动部件100和第二转动部件800的转动，能够使设置在第一转动部件100上的超声波接收探头201～204始终朝向与设置在第二转动部件800上的超声波发射探头500，避免出现接收死区和多径效应。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。