一种多个机器人之间相互定位及确认的装置

1.一种多个机器人之间相互定位及确认的装置，包括有定位机器人在内的多个机器人、无线收发器、超声波换能器、单片机及配套电路，其特征在于：
所述的定位机器人身上设置有无线收发器和超声波换能器，其余机器人身上也设置有无线收发器和超声波换能器，所述包括定位机器人在内的多个机器人身上的无线收发器和超声波换能器构成了机器人的定位系统并均与单片机相连；
所述的单片机控制定位信息的收发及对超声波信号的处理；
所述的配套电路为发送端电路、接收端放大电路和接收端比较电路。

一种多个机器人之间相互定位及确认的装置 \n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及一种智能机器的定位装置，特别是涉及一种多个机器人之间相互定位及确认的装置，属于智能机器的定位计算领域。 \n背景技术\n[0002] 随着微电子技术、计算机技术及智能控制技术的快速发展，机器人相关的关键技术得到了更深入的研究。由于机器人的工作环境具有非结构性及不确定性的特点，使得多个机器人之间的相互定位技术成为一项十分关键的技术问题，没有这种功能，机器人就无法获知机器人之间的具体位置，会对多机器人间的相互协作产生影响。 \n[0003] 哈尔滨工程大学的陆军等人在《基于全景视觉的机器人相互定位的研究》中公开了一种基于全景视觉的机器人相互定位的方法，2个全景摄像机和用于识别机器人的三色环圆柱体分别安装在不同的移动机器人上,利用光学视觉原理,通过CCD摄像机,获得包括另一个移动机器人的全方位景物图像.将得到的全景图像二值化处理后,通过噪声去除及八方区域生长算法找到符合条件的区域,并将找到区域的RGB颜色模型转换为HIS颜色模型.根据三色环圆柱体自身的3种颜色的固定顺序区别于背景的特点,识别出机器人上的目标三色环圆柱体,通过设计出的机器人相互定位算法,计算出机器人在世界坐标系下的坐标。但是该方法对机器人背景颜色要求较高，当背景颜色与自身颜色相近时，会发生定位错误，同时因受CCD摄像机广角的局限，使此方法的定位精度受到限制。 发明内容\n[0004] 本实用新型的目的就在于解决现有技术存在的问题，提供一种多机器人之间相互定位及确认的装置，能够精确实施机器人对自身及周围其他机器人的位置关系，加快机器人对外界的响应，避免复杂的逻辑推理提高整个机器人系统的适用性与实时性。 [0005] 为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案。 \n[0006] 多个机器人之间相互定位及确认的方法，包括有定位机器人在内的多个机器人，定位步骤如下。 \n[0007] 1）当机器人需要定位时，首先通过单片机控制定位机器人身上的无线收发器对周围机器人发送定位请求指令并开始计时，同时启动定位机器人身上的超声波换能器捕捉其他机器人发送的超声波定位信息。 \n[0008] 2）其他机器人在接收到定位请求指令后，启动机器人身上的超声波换能器发出超声波定位信息。 \n[0009] 3）当定位机器人捕捉到接收端发出的超声波定位信息后计时停止，经单片机处理计算出该机器人的相对位置。 \n[0010] 本实用新型利用定位机器人的无线收发器发出的无线电波作为时间基准，发送端发射超声波信号，同时开始计时直到捕捉到接收端发出超声波信号为止，捕捉值即为相对距离。通过加入对超声波接收头之间的距离校正，即可建立机器人之间的位置坐标关系，确定机器人的相对位置。 \n[0011] 本实用新型给出的超声波信号的接收与发送均采用超声波换能器完成。 [0012] 当定位请求命令发出后，若在规定时间内接收端捕捉到超声波信号，则单片机进行定位处理操作；若在规定时间内接收端仍未捕捉到超声波信号，则单片机重新发送定位请求指令。 \n[0013] 这种多个机器人之间相互定位及确认的装置，包括有定位机器人在内的多个机器人、无线收发器、超声波换能器、单片机及配套电路，其特征是。 \n[0014] 所述的定位机器人身上设置有无线收发器和超声波换能器，其余机器人身上也设置有超声波换能器，所述包括定位机器人在内的多个机器人身上的无线收发器和超声波换能器构成了机器人的定位系统并均与单片机相连。 \n[0015] 所述的单片机控制定位信息的收发及对超声波信号的处理。 \n[0016] 所述的配套电路为本实用新型发送端电路、接收端放大电路和接收端比较电路，其中本实用新型发送端电路为：采用无线模块nRF与STC单片机之间通过SPI接口进行通讯，IC1的1，2，3，4端分别连接到MCU的8，9，11，13管脚，其5，6，7分别接到MCU的6，12，\n10，其8号端接3.3V供电。Y1为MCU的24M晶振，XTAL1和XTAL2分别连接到MCU的4、5号管脚，电容C3与电阻R1组成复位电路，RST接到MCU的1号管脚。 \n[0017] 本实用新型接收端放大电路为：当超声波换能器接收到来自其他机器人发出的超声波后，其转换的电信号由CON2采集，经电容CR1滤波后连接到IC1的2号管脚，输出经电阻PR5反馈叠加到2号管脚，电阻PR3与PR4分压后连接到3号管脚，信号通过IC1进行放大检波处理，由IC1的1号管脚输出至超声波接收端比较电路。 \n[0018] 本实用新型接收端比较电路为：由接收端放大电路输出放大后的电信号连接到IC2的3号管脚，经IC2电压跟随，1号管脚输出信号连接到IC3的2号管脚，IC3的3号管脚与变阻器PR11相连接，调节变阻器阻值，使3号管脚输入电位为经调试确定的背景噪声电位值。通过IC3实现对2、3号管脚电位值的比较，当IC3的1号管脚有输出时，说明接收到的信号为定位超声波信号，此时单片机开始计算位置；当IC3的1号管脚无输出时，说明收到的信号为背景噪音。 \n[0019] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于： \n[0020] 定位请求命令以无线电波为时间基准，通过计算发送接收超声波信号的时间差来定位机器人之间的相对位置关系，提高了多机器人之间的协作定位。本实用新型中涉及的方法和系统，具有结构简单，使用方便，成本低，定位精度高的优点。\n附图说明\n[0021] 图1为本实用新型的装置连接示意图。 \n[0022] 图2为本实用新型发送端电路。 \n[0023] 图3 为本实用新型接收端放大电路。 \n[0024] 图4为本实用新型接收端比较电路。 \n具体实施方式\n[0025] 为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本实用新型的实施方式做进一步地详细解释。 \n[0026] 多个机器人之间相互定位及确认的方法，其定位步骤如下。 \n[0027] 1）机器人首先通过单片机控制无线收发器发出定位请求指令，同时启动超声波换能器捕捉其他机器人发送的超声波定位信息。 \n[0028] 2）当机器人接收到定位请求指令后，启动超声波换能器发出超声波定位信号。 [0029] 3）当机器人捕捉到超声波定位信息后，经单片机处理计算出该机器人的相对位置。 \n[0030] 如图1所示，本实用新型提出一种多个机器人之间相互定位及确认的装置，包括：\n定位机器人在内的多个机器人、无线收发器、超声波换能器、单片机及配套电路，定位机器人身上设置有无线收发器和超声波换能器，其余机器人身上也设置有无线收发器和超声波换能器，包括定位机器人在内的多个机器人身上的无线收发器和超声波换能器构成了机器人的定位系统并均与单片机相连。 \n[0031] 设A为定位机器人，当要对机器人A定位时，定位机器人A通过无线收发器向附近机器人B、C发出定位请求指令，同时定位机器人A开始捕捉超声波信号；t0时刻，当机器人B、C接收到定位机器人A发出的定位请求指令后，启动超声波换能器向定位机器人A发出超声波信号；t1时刻，定位机器人A捕捉到由机器人B、C发出的超声波信号，经单片机完成对机器人A相对位置的计算。 \n[0032] 以无线收发器发出的无线电波作为时间基准，发送端发射超声波信号，同时开始计时直到捕捉到接收端发出的超声波信号为止，捕捉值即为相对距离。通过加入对超声波接收头之间的距离校正即可建立机器人之间的位置坐标关系。 \n[0033] 如图1所示，本实用新型采用超声波换能器完成超声波信号的接收与发送。 [0034] 当机器人需要定位时，单片机通过无线收发器发出定位请求信号，计时并开始捕捉超声波信号，若在规定时间内接收端捕捉到超声波信号，则单片机进行定位处理操作；若在规定时间内接收端仍未捕捉到超声波信号，则单片机重新发送定位请求信息。 [0035] 当机器人接收到定位请求信号后，单片机驱动超声波换能器发出超声波定位机器人位置。 \n[0036] 如图2所示，本实用新型采用无线模块nRF与STC单片机之间通过SPI接口进行通讯，IC1的1，2，3，4端分别连接到MCU的8，9，11，13管脚，其5，6，7分别接到MCU的6，12，\n10，其8号端接3.3V供电。Y1为MCU的24M晶振，XTAL1和XTAL2分别连接到MCU的4、5号管脚，电容C3与电阻R1组成复位电路，RST接到MCU的1号管脚。 \n[0037] 如图3所示，当超声波换能器接收到来自其他机器人发出的超声波后，其转换的电信号由CON2采集，经电容CR1滤波后连接到IC1的2号管脚，输出经电阻PR5反馈叠加到2号管脚，电阻PR3与PR4分压后连接到3号管脚，信号通过IC1进行放大检波处理，由IC1的1号管脚输出至超声波接收端比较电路。 \n[0038] 如图4所示，由图5输出放大后的电信号连接到IC2的3号管脚，经IC2电压跟随，\n1号管脚输出信号连接到IC3的2号管脚，IC3的3号管脚与变阻器PR11相连接，调节变阻器阻值，使3号管脚输入电位为经调试确定的背景噪声电位值。通过IC3实现对2、3号管脚电位值的比较，当IC3的1号管脚有输出时，说明接收到的信号为定位超声波信号，此时单片机开始计算位置；当IC3的1号管脚无输出时，说明收到的信号为背景噪音。 [0039] 算例。 \n[0040] 当定位机器人A发出定位请求信号后，定位机器人A的计时器从无线信号发出到捕捉另一机器人B发出的超声波信号共计时T=10ms，声速v=340m/s，则机器人A与B之间距离L=T×v=3.4m。同样，通过计算定位机器人A与周围其他机器人C的距离，即可确定定位机器人A的相对位置。 \n[0041] 虽然通过参照本实用新型的某些优选实施方式，已经对本实用新型进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上或支路数量上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。