红外线定位系统及定位方法

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红外线定位系统及定位方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种红外线定位系统及定位方法，尤其涉及一种可辨识物体头部朝向，确实判定物体前进、后退或转向动作的定位系统及方法。\n背景技术\n[0002] 现有对物体进行定位的方式，可采用超声波(雷达、声纳)、影像辨识等等，唯采用超声波方式在小范围精确定位时较易遇到杂波(因声波在水中来回快速弹射)及所反射平面非垂直面的问题；而采用影像辨识则需庞大的运算，基本上建立在计算机系统上，尚无法利用嵌入式芯片完成。综合来说，两者都存在价格昂贵、总体积较大、运算复杂等缺点，此外，现有物体定位方式无法辨识物体特定朝向，例如物体的头部朝向，换言之，现有定位方式仅能检测物体的位置或移动，却无法判定物体进行后退动作或前进动作，亦即，无法判断物体的头部朝向。\n发明内容\n[0003] 有鉴于现有技术的缺失，本发明提出一种红外线定位系统及方法，可辨识物体头部朝向，确实判定物体前进或后退动作。\n[0004] 为达到上述目的，本发明提出一种红外线定位系统及定位方法，将至少一组红外线单元设置于一载体，该红外线单元包括至少二红外线发射器，该至少二红外线发射器分别发射具有不同识别码(Code)的红外线信号，该红外线单元包含至少一第一处理器，该第一处理器与该红外线发射器电性连接；通过一接收单元接收该红外线信号，该接收单元设有至少二红外线接收器以及一第二处理器，由该至少二红外线接收器个别接收该红外线单元所发射的红外线信号，再由该第二处理器根据所接收的红外线信号判定该载体位置及该载体朝向。\n[0005] 以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。\n附图说明\n[0006] 图1为本发明红外线定位系统的一实施例的侧视结构示意图；\n[0007] 图2为本发明红外线定位系统另一实施例的侧视结构示意图结构示意图；\n[0008] 图3为本发明调整装置的一实施例的结构示意图；\n[0009] 图4为本发明调整装置另一实施例的结构示意图；\n[0010] 图5及图6为本发明接收单元不同布置的俯视结构示意图；\n[0011] 图7为本发明接收单元的基板另一实施例的俯视结构示意图；\n[0012] 图8为本发明红外线单元另一实施例的前视结构视意图；\n[0013] 图9为图8实施例的俯视结构示意图；\n[0014] 图10及图11为图8实施例于较高高度发射红外线信号的示意图；\n[0015] 图12为图10实施例于较低高度发射红外线信号的示意图。\n[0016] 其中，附图标记10-载体\n[0017] L10-行进方向轴线\n[0018] L10F-前进端\n[0019] L10B-后退端\n[0020] 20-红外线单元\n[0021] 21、22-红外线发射器\n[0022] 23-第一处理器\n[0023] 24-无线接收器\n[0024] A21、A22-发射涵盖区域\n[0025] L21、L22-红外线信号\n[0026] 120、220-红外线单元\n[0027] 121、122-红外线发射器\n[0028] A121、A122-发射涵盖区域\n[0029] L121、L122-红外线信号\n[0030] 221、222-红外线发射器\n[0031] A221、A222-发射涵盖区域\n[0032] L221、L222-红外线信号\n[0033] 30-接收单元\n[0034] 31、31a、31b-红外线接收器\n[0035] 32-基板\n[0036] 33-第二处理器\n[0037] 34-无线发射器\n[0038] 130-接收单元\n[0039] 131-红外线接收器\n[0040] 132-长形基板\n[0041] 133-处理器\n[0042] 230-接收单元\n[0043] 231-红外线接收器\n[0044] 232-矩形基板\n[0045] 233-处理器\n[0046] 330-接收单元\n[0047] 331A～331D-红外线接收器\n[0048] 332A-主基板\n[0049] 332B～332D-副基板\n[0050] 333A-主处理器\n[0051] 333B～333D-副处理器\n[0052] 40-缸体\n[0053] 41-液体\n[0054] 50、50A-套筒装置\n[0055] 51-第一套筒\n[0056] 51A-伸缩套筒\n[0057] 511A-伸缩套筒底缘\n[0058] 512A-伸缩套筒内侧壁\n[0059] 52、52A-第二套筒\n[0060] 53、53A-连杆装置\n[0061] A-涵盖平面\n[0062] A1、A2-发射涵盖区域\n[0063] Ac-涵盖平面的中心位置\n[0064] d1、d2、d3-距离\n[0065] H1、H2-高度\n[0066] θ121、θ221-角度\n具体实施方式\n[0067] 以下将参照附图描述本发明为达到的目的所使用的技术手段与功效，而以下图式所列举的实施例仅为辅助说明，本案的技术手段并不限于所列举图式。\n[0068] 请参阅图1所示本发明所提供的红外线定位系统的一实施例的侧视结构示意图，该红外线定位系统包含一载体10，于本实施例中，该载体10呈鱼型设置于一缸体40、例如水箱中，该缸体40内盛装有液体41、例如水；于该载体10设有一组红外线单元20，该红外线单元20包括二红外线发射器21、22及一第一处理器23，该二红外线发射器21、22与该第一处理器23电性连接，可由该第一处理器23控制该二红外线发射器21、22分别发射具有不同识别码(Code)且具有一发射涵盖区域A21、A22的红外线信号L21、L22，且该发射涵盖区域A21、A22相同；于该缸体40底部设有一接收单元30，该接收单元30设有多个红外线接收器31，该多个红外线接收器31、31a、31b，该多个红外线接收器31设置于一基板32，该基板32包含一第二处理器33，该第二处理器33与红外线接收器31电性连接，该多个红外线接收器31可个别接收该红外线单元20所发射的红外线信号L21、L22，且由该第二处理器33对红外线接收器31所接收的红外线信号L21、L22进行辨识解析。于本发明的一实施例，该红外线发射器21、22所发射的红外线信号每次仅能覆盖一个红外线接收器31，例如图1所示该发射涵盖区域A21可覆盖该红外线接收器31a，另一发射涵盖区域A22可覆盖该红外线接收器31b，换言之，一个红外线接收器一次仅能被一个红外线信号覆盖；例如，设计该红外线发射器21、22的距离d1为7.5cm，相邻两红外线接收器31的距离d2也为7.5cm，该载体10与该红外线接收器31的距离d3为40cm，再选用适当功率的红外线发射器21、22，使发射涵盖区域A21、A22约等同于7.5cm。\n[0069] 此外，以图1所示实施例，该二红外线发射器21、22分别设置于该鱼型载体10底部的前后两侧，亦即，以该鱼型载体10的造型而言，其鱼头端与鱼尾端的联机可构成一该载体10的行进方向轴线L10，且该行进方向轴线L10包括一前进端L10F(亦即鱼头端)，以及相对于该前进端的一后退端L10B(亦即鱼尾端)，该两红外线发射器21、22设置于该行进方向轴线L10上，其中该红外线发射器21设置于该前进端L10F，另一红外线发射器22设置于该后退端L10B，再由于该两红外线发射器21、22所发射出的红外线信号L21、L22具有不同识别码(Code)，因此，当该红外线接收器31a接收到红外线信号L21、该红外线接收器31b接收到红外线信号L22时，即可由该处理器33立即检测出该鱼型载体10的位置，同时可辨识出该鱼型载体10的头部朝向，若该载体10持续行进，可由其它红外线接收器31持续接收红外线信号L21、L22，并由处理器33比对信号接收顺序所形成的路径，进而辨识出该载体10为前进状态或后退状态。必须说明的是，该行进方向轴线L10及其前进端L10F或后退端L10B的界定，依载体种类或型态，以及所需检测该载体的移动状态不同而可做不同设定。\n[0070] 请参阅图2所示本发明的红外线定位系统的一实施例的侧视结构示意图，本实施例以图1实施例为基础，包含一载体10、红外线单元20及接收单元30，其作用及所能达到的功效不予赘述，本实施例的特点在于，该载体10与该接收单元30之间设有一无线传输装置，该无线传输装置包括一无线发射器34以及一无线接收器24，该无线发射器34设置于该接收单元30且与该接收单元30的第二处理器33电性连接，该无线接收器24设置于该载体10且与该载体10的第一处理器23电性连接，可由该无线发射器34接收该接收单元30的处理器33所产生的指令并传送由该无线接收器24所接收，该无线接收器24再将指令传送至该载体10的第一处理器23进行处理，此外，亦可于载体设置两个第一处理器，其中一第一处理器负责发射信号，另一第一处理器专司负责接收信号或控制载体10行进，以提高处理速度。\n[0071] 至于该无线发射器34以及该无线接收器24的种类不限，可采用红外线发射器及红外线接收器，亦可采用其它无线信号传输装置，举凡可达到无线信号传输的功能即可。设置上述该无线发射器34以及该无线接收器24的主要目的在于调整该红外线信号L21、L22的发射涵盖区域A21、A22，由于载体10具有可活动性，载体10与接收单元30之间的距离变化会造成发射涵盖区域A21、A22相对地产生变化，导致接收单元30在某些距离情况下无法正确接收到红外线信号L21、L22，例如，当载体10高度较高、亦即距离接收单元30较远时，会使得发射涵盖区域A21、A22扩大，可能导致红外线接收器31a、31b同时被红外线信号L21覆盖，反之当载体10高度过低、亦即距离接收单元30较近时，会使得发射涵盖区域A21、A22缩减，如此会加长红外线信号L21、L22被红外线接收器31读取到的时间，导致检测载体10的过程无法顺畅进行，因此，必须通过调整装置修正该红外线信号L21、L22的发射涵盖区域A21、A22。\n[0072] 请参阅图3所示本发明调整装置的一实施例的结构示意图，该调整装置为套筒装置50，该套筒装置50包括一第一套筒51、一第二套筒52及一连杆装置53，该第一套筒51固设于该载体10底部，该第二套筒52用以容置一红外线发射器21，该第二套筒52与该第一套筒51同轴相互套设，该第二套筒52连接于该连杆装置53的一端，该连杆装置53的另一端电性连接于该载体10的第一处理器23(显示于图1)，由该第一处理器23控制该连杆装置53并带动该第二套筒52轴向移动，使该第二套筒52可与该第一套筒51轴向相对运动，而控制该连杆装置50作动的驱动力，则通过图2所示该无线发射器34以及该无线接收器24，当接收单元30无法正确接收到红外线信号L21、L22，即由该接收单元30的第二处理器33产生指令并传送由该无线接收器24所接收，该无线接收器24再将指令传送至该载体\n10的第一处理器23进行处理，再由该载体10的第一处理器23驱动该连杆装置50作动。\n如图3所示，以同一涵盖平面A而言，该第二套筒52位于该第一套筒51下端时，该红外线发射器21所发射的红外线信号L21具有一较小的发射涵盖区域A1，当该第二套筒51被连杆装置53上拉至该第一套筒51上端时，该红外线发射器21所发射的红外线信号L21具有一较大的发射涵盖区域A2，同样地，另一红外线发射器22(显示于图2)亦设有相同的另一套筒装置50，以修正其红外线信号L22的发射涵盖区域。\n[0073] 上述的套筒装置50仅为一实施例而已，并不限定本发明可实施的调整装置，其重点在于由改变红外线发射器位置以修正红外线发射涵盖区域的装置皆可。例如图4所示本发明调整装置另一实施例的结构示意图，该套筒装置50A包括一伸缩套筒51A及一连杆装置53A，该伸缩套筒51A套设于红外线发射器21外，该红外线发射器21固设于载体10底部，该连杆装置53A可带动该伸缩套筒51A于该载体10底部轴向伸缩伸出不同长度，如图\n4所示，当伸缩套筒51A伸出该载体10底部的长度较长时，红外线发射器21所发射的红外线信号L21受到该伸缩套筒51A两内侧壁512A的阻挡，因此被限缩形成一较小的发射涵盖区域A1；当该伸缩套筒51A被连杆装置53A上拉，使该伸缩套筒51A的底缘511A至少与该红外线发射器21的发射端面等高，或高于该红外线发射器21的发射端面时，由于红外线信号L21的发射路径无任何障碍，因此可具有一较大的发射涵盖区域A2，同样地，另一红外线发射器22(显示于图2)亦设有相同的另一套筒装置50A，以调整其红外线信号L22的发射涵盖区域。\n[0074] 请参阅图5及图6所示本发明的接收单元的不同实施例俯视结构示意图，如图5所示该接收单元130，其于一长形基板132上设有多个红外线接收器131，该红外线接收器\n131及基板132电性连接于一处理器133，该多个红外线接收器131呈一直线排列，原则上，该长形基板132可仅设置两个红外线接收器131，通过两个红外线接收器131分别接收载体\n10所产生的两道红外线信号L21、L22，即可辨识出载体10的头部朝向，图5实施例提供载体10于移动中通过不同红外线接收器131接收红外线信号L21、L22，即可快速检测该载体\n10的位置、头部朝向及行进方向。\n[0075] 图6所示该接收单元230，其于正矩形基板232上设有多个红外线接收器231，该红外线接收器231及基板232电性连接于一处理器233，本实施例的特点在于，该多个红外线接收器231呈矩阵形式配置，此提供载体10具有大范围移动空间，载体10于移动过程中通过不同红外线接收器231即可持续检测载体10的位置、头部朝向及转弯、旋转等动作或行进方向。\n[0076] 请参阅图7所示接收单元另一实施例，该接收单元330的特点在于包含一主基板\n332A及多个副基板332B～332D，该主基板332A与该多个副基板332B～332D电性连接，该主基板332A与该多个副基板332B～332D分别设有多个数组的红外线接收器331A～\n331D，且该主基板332A及该多个副基板332B～332D分别具有一主处理器333A及副处理器\n333B～333D；本实施例的重点在于通过多个基板分担红外线信号接收工作，于载体10移动过程中，红外线信号L21、L22可能落在同一基板上，或分别落于不同基板上，可由该红外线信号L21、L22所涵盖的红外线接收器331A～331D进行接收，若是由副基板332B～332D的红外线接收器331A～331D接收到红外线信号L21、L22，则由副处理器333B～333D将信号传送至该主处理器333A统一进行处理。\n[0077] 请参阅图8所示本发明红外线单元另一实施例的前视结构视意图，以及图9所示图8实施例的俯视结构示意图，本实施例的特点在于载体10底部设有二组红外线单元120、\n220，其中，该组红外线单元120具有二红外线发射器121、122，该二红外线发射器121、122所发射的红外线信号L121、L122具有相同幅度的发射涵盖区域A121、A122，另一组红外线单元220具有二红外线发射器221、222，该二红外线发射器221、222所发射的红外线信号L221、L222具有相同幅度的发射涵盖区域A221、A222；必须注意的是，对同一涵盖平面A而言，该发射涵盖区域A121、A122大于该发射涵盖区域A221、A222。\n[0078] 必须说明的是，当设置多组红外线单元时，理论上必须尽量将各组红外线单元配置靠近载体中央或中心线位置，以确保得以正确判读载体位置，但实际上各组红外线单元仍必然存在一定程度的偏移，亦即所发射的红外线信号中心位置并非载体中心或中央位置，因而导致位置判读上的误差，故，在一实施例中可以对各红外线发射器的发射角度进行调整，如图8所示，将该红外线发射器121朝向载体中央或中心线位置调整一角度θ121，将该红外线发射器221朝向载体中央或中心线位置调整一角度θ221，使该红外线发射器\n121、221投射到A平面的中心位置Ac可相互重合。\n[0079] 上述图8及图9实施例的作用在于，利用多组具有不同发射涵盖区域的红外线单元搭配载体于不同位置时使用，其方式请参考图10至图12所示，首先如图10所示，该载体\n10位于高度H1时，该组红外线单元120所发射的红外线信号L121(L122)的发射涵盖区域A121(A122)过大，导致该接收单元30有二红外线接收器31同时被覆盖，此时可由该接收单元30的第二处理器33判断为异常状态，该第二处理器33可发出指令关闭该组红外线单元120，并同时驱动另一组红外线单元220发射红外线信号，如图11所示，该组红外线单元\n220所发射的红外线信号L221(L222)的发射涵盖区域A221(A222)仅能覆盖一红外线接收器31，因此，可由第二处理器33检测出该载体10的位置及头部朝向或转弯、旋转等动作或行进方向。请参阅图12所示，同样由该组红外线单元120发射红外线信号L121(L122)，但由于此时该载体10的高度H2较低，使得发射涵盖区域A121(A122)仅能覆盖一红外线接收器31，可立即由第二处理器33进行信号处理，不必再进行另一组红外线单元220的信号检测，换言之，当设置有多组红外线单元时，由发射涵盖区域最广的首先发射红外线信号，再接续发射涵盖区较窄者，若设有三组红外线单元，则具有三种不同幅度的发射涵盖区域，且各组红外线单元分别包括两红外线发射器，以此类推，可依载体大小或实际所需设置所需红外线单元的组数。\n[0080] 此外，本发明所提供的红外线定位系统除了可以做载体二维度的平面位置定位之外，也可做载体三维度的位置定位，亦即通过多个红外线单元进行载体平面位置及高度的定位，以图10及图12为说明例，其同样是由该组红外线单元120发射红外线信号，当载体\n10位于高度H1时，有二个红外线接收器31被该红外线信号L121(L122)涵盖，而当载体10降低至图12所示高度H2时，只有一各红外线接收器31被该红外线信号L121(L122)涵盖，据此，即可判定出该载体10的高度变化。\n[0081] 综上所述，本发明提供的红外线定位系统及定位方法，不仅可检测物体位置，同时利用红外线信号夹带识别码的特性，可用以辨识物体头部朝向，确实判定物体前进或后退动作，此外，本发明利用红外线接收模块及可扩展矩阵架构配合低价位的嵌入式芯片进行信号运算，在合理的硬件成本及运算速度下，达到所需的控制目的。\n[0082] 当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。