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_4

文档序号:9451496阅读:来源:国知局
间隔发送不同的射频信号,所述锚节点402的射频信号接收器301接收射频信号, 在所述射频信号的触发下第二处理器303控制超声波发射器302发送超声波信号,由于所 述射频信号在第一处理器204的控制下间隔发送,超声波接收器202也按同样的顺序分别 接收超声波发射器302发送的超声波信号,使得第一处理器204获得正确的超声波传输时 间计算对应锚节点402至所述移动设备间的距离,从而能准确计算所述移动设备401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。
[0099] 在具体实施中,当待定位的移动设备401需要确定二维位置坐标时,最少使用三 个所述锚节点402即可确定移动设备401的二维坐标,其中,三个所述锚节点402所在平面 平行于待定位移动设备401所在平面,且3个锚节点至少位于两条直线上。例如,当移动设 备401为智能机器人时,要确定地面上智能机器人的由长度和宽度组成的二维位置坐标,3 个锚节点402处在同一高度,且3个锚节点402至少位于两条直线上。
[0100] 下面简述使用3个锚节点402计算二维位置坐标的方法:当从原点出发,以两两互 相垂直的x轴,y轴和z轴建立三维坐标系,其中x轴和y轴形成的平面平行于水平面,z轴 垂直于水平面。3个所述锚节点的位置坐标已知,锚节点402坐标分别为(Xl,yi,Zl),(x2, y2,z2),(x3,y3,z3),移动设备401的所述二维位置坐标(X,Y)使用公式⑴和⑵计算可 得:
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[0102]
[0103] 除此之外,具体实施中,当使用多于三个的锚节点402确定移动设备的二维位置 坐标时,可以减小室内空间中存在障碍物带来的误差,具体可以在获得每个锚节点402到 所述移动设备401间的距离后,采用最小二乘法拟合计算所述移动设备401的二维位置坐 标,以使用5个锚节点为例,可以使用公式⑶计算所述二维位置坐标(X,Y):

[0107] 在具体实施中,从原点出发,以两两互相垂直的x轴,y轴和z轴建立三维坐标系, 其中x轴和y轴形成的平面平行于水平面,z轴垂直于水平面。当待定位的移动设备401需 要确定三维位置坐标时,使用4个锚节点402便可以确定其三维位置坐标,其中,所述4个 锚节点402不在同一平面。例如,锚节点坐标分别为(XpzD,(x2,y2,z2),(x3,y3,z3), (x4,y4,z4),所述移动设备的三维位置坐标(X,Y,Z)可以使用公式(4)、(5)和(6)进行计 算:
[0108]
[0109]
[0110]
[0111] 除此之外,具体实施中,可以增加使用锚节点402即使用大于4个的锚节点,来确 定所述移动设备401的三维位置坐标,以减小定位误差,具体可以在获得每个锚节点402到 所述移动设备401间的距离后,采用最小二乘法拟合计算所述移动设备的三维位置坐标, 具体可以使用公式(7)进行计算所述三维位置坐标(X,Y,Z):
[0115] 本发明实施例的移动设备的室内定位系统40,通过采用所述移动设备401和所述 锚节点402,所述移动设备401采用图2中所述的移动设备的室内定位装置20,锚节点402 采用图3所述的锚节点30,移动设备401向至少3个锚节点402发送射频信号,所述移动设 备401分别接收每个所述锚节点402发送的超声波,所述超声波在所述射频信号的触发下 由对应的锚节点402发送,移动设备401获取每个所述锚节点402发送的超声波传输至所 述移动设备的传输时间,根据每个超声波对应的传输时间以及超声波的传输速度,计算每 个锚节点402与移动设备401之间的距离,再根据每个锚节点402的位置坐标以及每个锚 节点402与移动设备401之间的距离,确定所述移动设备401的位置坐标,从而提高移动设 备401的室内定位的准确程度。
[0116] 图5是本发明实施例中的一种移动设备的室内定位方法的流程图。如图5所示的 移动设备的室内定位方法,可以包括以下步骤:
[0117] 步骤S501 :移动设备向至少3个锚节点发送射频信号。
[0118] 步骤S502 :所述移动设备分别接收每个所述锚节点发送的超声波。
[0119] 步骤S503 :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。
[0120] 步骤S504 :根据每个超声波对应的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。
[0121] 步骤S505 :根据每个锚节点的位置坐标以及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。
[0122] 下面结合图6、图7和具体实施例对本发明的移动设备的室内定位方法作进一步 详细的介绍。
[0123]图6是本发明实施例中的一种移动设备的室内定位方法的流程图。如图6所示的 移动设备的室内定位方法,可以包括以下步骤:
[0124] 步骤S601:移动设备同时向所有锚节点发送相同射频信号。
[0125] 在具体实施中,所述射频信号包括:红外线、蓝牙或wifi。
[0126] 步骤S602:接收每个所述锚节点发送的不同的超声波信号。
[0127] 步骤S603 :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。
[0128] 步骤S604 :根据每个超声波对应的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。
[0129] 在具体实施中,由于超声波的传输速度已知,一般在空气中为340m/s,则可以根据 每个超声波对应的传输时间以及所述传输速度,计算每个锚节点与移动设备之间的距离。
[0130] 步骤S605 :根据每个锚节点的位置坐标以及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。
[0131] 本发明实施例中计算所述移动设备的位置坐标的方法与图4中实施例所述的方 法相同,即根据具体情况采用公式(1)至(7)中的公式,在此不再赘述。
[0132] 在具体实施中,可以将移动设备向锚节点发送射频信号的时间和接收该锚节点发 送的超声波的时间之间的时间差作为该锚节点发送的超声波传输至所述移动设备的传输 时间。
[0133] 本发明实施例通过移动设备同时向所有锚节点发送相同的射频信号,分别接收对 应锚节点发送至移动设备的不同的超声波信号,从而使得所述移动设备能确定每个超声波 信号来自于哪一个对应的锚节点,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,根据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,再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,从而实现基于超声波技术来提高移动设备室内定位的准确性。
[0134] 在具体实施中,当所述移动设备为智能机器人,所述位置坐标为长度和宽度组成 的二维坐标时,要求不同锚节点的高度相同,所有锚节点不在同一条直线上即至少位于两 条直线上。
[0135] 本实施例中确定移动设备的二维位置坐标或三维位置坐标时,使用的锚节点个数 以及其在室内的布局,参考前面的实施例,在此不再赘述。
[0136]图7是本发明实施例中的一种移动设备的室内定位方法的流程图。如图7所示的 移动设备的室内定位方法,可以包括以下步骤:
[0137] 步骤S701:移动设备按顺序向所有锚节点发送不同的射频信号。
[0138] 在具体实施中,不同的锚节点发送的超声波信号相同,所述移动设备发送的相邻 两个射频信号之间的间隔时间足够长以使得所述移动设备按相同顺序接收每个所述锚节 点发送的超声波信号。
[0139] 在具体实施中,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 间最长距离与所述超声波传输速度的商值。
[0140] 在具体实施中,所述射频信号包括:红外线、蓝牙或wifi。
[0141] 步骤S702 :所述移动设备分别接收每个所述锚节点发送的超声波。
[0142] 在具体实施中,由于所述移动设备按顺序向所有锚节点发送相同的射频信号,且 间隔时间足够长,使得所述移动设备也按同样的顺序分别接收对应锚节点发送的超声波信 号。
[0143] 步骤S703: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。
[0144] 在具体实施中,可以将移动设
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