移动设备及其室内定位方法、系统及装置、锚节点的制作方法_2

文档序号:9451496阅读:来源:国知局
。如图1所示,M表示待 定位的移动设备,在具体实施中,所述移动设备需要获得自身的位置,以为其下一步位置移 动提供参考或辅助人机交互。
[0048] 如图1中所示,A、B、C和D均表示锚节点,所述锚节点适于辅助移动设备M定位其 在三维空间中的位置。在具体实施中,当在一特定的室内空间建立三维坐标系时,所述锚节 点的具体位置已经被固定即所述锚节点的三维坐标值已知,图1中的锚节点A、B、C和D不 固定在同一平面上。
[0049] 需要指出的是,图1仅仅示出了锚节点个数为4的情况,当使用4个以上的锚节点 时,采用本发明实施例中的技术方案可以获得待定位移动设备的三维位置坐标,其中,要求 所有的锚节点不在同一个平面。在实际定位需求中,常常只需要获取待定位移动设备的二 维位置坐标,则最少3个锚节点就可以辅助定位所述移动设备的位置,但使用本发明获取 移动设备的长和宽组成的二维位置坐标时,要求用于辅助的3个锚节点处于同一高度且3 个锚节点至少位于两条直线上。
[0050] 例如,假设图1中的待定位的移动设备M为智能机器人,智能机器人在地面上移 动,可以使用3个锚节点A、B和C来计算智能机器人的两个维度的坐标值,这时要求3个锚 节点A、B和C处于同一高度(图1中A、B和C的z坐标值相等)且3个锚节点至少位于两 条直线上,则可通过所述3个锚节点A、B和C来计算所述智能机器人的x坐标和y坐标,从 而可以确定智能机器人在室内地面上的位置。
[0051] 在具体实施中,至少使用3个锚节点可以获得移动设备的二维位置坐标,至少使 用4个锚节点可以获得移动设备三维位置坐标,除此之外,本发明实施例采用的技术方案 还可以使用更多的锚节点来提高移动设备定位的准确性,尤其是移动设备所在空间存在的 障碍物影响射频信号或超声波的传输时仍然可以保证定位的准确性。具体地,可以使用多 于3个的锚节点来获取移动设备的二维位置坐标,其中要求所有锚节点不在一条直线上; 可以使用多于4个的锚节点来获取移动设备的三维位置坐标,其中要求所有锚节点不在一 个平面上。上述采用更多的锚节点来提高移动设备定位的准确性的计算方法在下文中进行 详述,在此不赘述。
[0052] 图2是本发明实施例中的一种移动设备的室内定位装置的结构示意图。如图2所 示的移动设备的室内定位装置20,可以包括:射频信号发射器201、超声波接收器202、计时 器203和第一处理器204 ;
[0053] 所述射频信号发射器201,适于向至少3个锚节点发送射频信号;
[0054] 所述超声波接收器202,适于分别接收每个锚节点发送的超声波;
[0055] 所述计时器203,适于获取每个所述锚节点发送的超声波传输至所述移动设备的 传输时间;
[0056] 所述第一处理器204,适于控制所述射频信号发射器201发送射频信号,控制所 述超声波接收器202分别接收每个锚节点发送的超声波,根据所述计时器203获取的所述 传输时间以及超声波的传输速度,计算每个锚节点与移动设备之间的距离,以及根据每个 锚节点的位置坐标和所述每个锚节点与移动设备之间的距离,确定所述移动设备的位置坐 标。
[0057] 在具体实施中,所述射频信号发射器201可以为一个,而所述超声波接收器202的 数目与所述锚节点的数目相同。所述射频信号发射器201适于同时向不同的锚节点发送相 同射频信号,所述超声波接收器202适于接收对应的所述锚节点发送的超声波信号,不同 超声波接收器202接收的超声波信号不同。
[0058] 本实施例中所述锚节点适于发送超声波信号,辅助移动设备进行室内定位。
[0059] 具体实施中,不同的超声波接收器202可以接收不同频率的超声波信号,以区分 对应的锚节点发送的不同的超声波。
[0060] 本发明实施例通过设置移动设备的室内定位装置20进行移动设备的室内定位, 所述移动设备的室内定位装置20的超声波接收器202接收的超声波信号,来自于超声波信 号频率两两不同的不同锚节点,以分别接收对应锚节点发送至移动设备的超声波信号,从 而使得所述定位装置20能确定每个超声波信号来自于哪一个对应的锚节点,进而保证计 时器203准确获取所述对应的锚节点所发送的超声波发送至所述移动设备的时间,最后使 得第一处理器204根据所述计时器203获取的所述时间以及超声波的传输速度,计算每个 锚节点与移动设备之间的距离,根据每个锚节点的位置坐标以及所述每个锚节点与移动 设备之间的距离,确定所述移动设备的位置坐标。
[0061] 在具体实施中,还可以设置所述射频信号发射器201和所述超声波接收器202均 为一个。所述射频信号发射器201适于按顺序向不同的锚节点间隔发送不同的射频信号, 不同的锚节点发送的超声波信号相同。所述射频信号发射器201发送的相邻两个射频信号 之间的间隔时间足够长以使得所述超声波接收器202按相同顺序接收每个所述锚节点发 送的超声波信号。
[0062] 具体实施中,当所述射频信号发射器201发送射频信号时,所述计时器203开始计 时;当所述超声波接收器202接收到超声波信号时,所述计时器203停止计时,所述计时器 203获取的时间作为所述超声波传输至所述移动设备的传输时间。
[0063] 具体地,所述射频信号发射器201按顺序分别向所有锚节点间隔发送不同的射 频信号,不同的锚节点发送的超声波信号相同,每次发送的射频信号的频率相同但通过携 带不同的与每个所述不同的锚节点对应的信息以确保每次发送仅触发其中一个锚节点,这 样,所述射频信号触发对应的锚节点发送超声波信号至所述超声波接收器202,使得所述超 声波接收器202接收来自锚节点发送超声波信号的顺序与所述射频信号发射器201发送射 频信号的顺序相同。例如,结合图1所示,移动设备M的射频信号发射器201分先后向锚节 点A、B、C和D发送射频信号,其中,可以设置相邻发送射频信号的间隔时间相同,而每次发 送的射频信号仅触发锚节点A、B、C或D,锚节点A、B、C和D在所述射频信号的触发下分别 发送信号相同的超声波,使得移动设备M的超声波接收器202也按照同样的顺序先后接收 锚节点A、B、C和D发送的超声波信号。
[0064] 具体实施中,可以设置所述间隔时间大于或等于移动设备所在室内空间中两点间 最长距离除以所述超声波传输速度得到的商值。本发明实施例通过设置间隔时间足够长, 具体为大于移动设备所在室内空间中两点间最长距离与所述超声波传输速度的商值,以保 证在使用仅包括一个射频信号发射器201和一个超声波接收器202的定位装置20时,所述 超声波接收器202接收到超声波信号的顺序与所述射频信号发射器201发送射频信号的顺 序相同,这样,所述超声波接收器202接收到超声波信号间不会产生干扰,保证定位的准确 性。
[0065] 由于射频信号的传播速度等于光速,射频信号从所述移动设备传输到所述锚节点 的时间可以忽略不计,则可将所述计时器203记录的从所述射频信号发射器201发送射频 信号起,至所述超声波接收器202接收到超声波信号的时间作为所述超声波传输至所述移 动设备的传输时间。
[0066] 本发明实施例通过设置移动设备的室内定位装置20对移动设备进行室内定位, 所述移动设备的室内定位装置20有一个射频信号发射器201和一个超声波接收器202,所 述射频信号发射器201按顺序向不同的锚节点间隔发送不同的射频信号,以使超声波接收 器202按同样的顺序分别接收锚节点发送的超声波信号,使得第一处理器204使用正确的 超声波传输时间计算对应锚节点至所述移动设备间的距离,从而能准确计算所述移动设备 的位置坐标。此外,由于仅使用一个超声波接收器202,从而降低了生产成本,减小了装置的 体积。
[0067] 在具体实施中,所述射频信号可以是红外线、蓝牙或者wifi信号。
[0068] 在具体实施中,当所述移动设备是智能机器人时,可以采用上述室内定位装置20 获得所述智能机器人所在平面的二维位置坐标,若所述位置坐标为长度和宽度组成的二维 坐标,则要求用以辅助定位的不同锚节点的高度相同,所有锚节点不再同一条直线上。
[0069] 图3是本发明实施例的一种用于移动设备室内定位的锚节点的结构示意图。如图 3所示的锚节点30,可以包括:射频信号接收器301、超声波发射器302和第二处理器303 ;
[0070] 所述射频信号接收器301,适于接收来自移动设备发送的射频信号;
[0071] 所述超声波发射器302,适于在所述射频信
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