專利名稱：一種光源掃描定位系統(tǒng)及其定位方法
技術領域：
本發(fā)明涉及定位系統(tǒng)及其定位方法，尤指一種采用光源作為定位媒介，使 可移動物體能自動分辨自我位置，自動完成設定的移動路線的光源掃描定位系
統(tǒng)及其定位方法。
背景技術：
隨著通訊技術的迅猛發(fā)展，人們可以采用全球定位系統(tǒng)(GPS)替代傳統(tǒng) 的紙質地圖，來確定自己的位置。只是，GPS系統(tǒng)需要借助衛(wèi)星系統(tǒng)來進行定 位，故常受限于衛(wèi)星接收信號的好差。由于室內往往不能接收到衛(wèi)星信號，因 此GPS只能應用于室外的定位。
當遙控車、機器人等可移動物體在室內活動時，如果超出了可遙控的空間， 可移動物體往往無法辨認方向，不明確該如何移動，造成無法控制的狀態(tài)。
因此，提供一種能夠使得可移動物體能夠自動分辨自我位置的光源掃描定 位系統(tǒng)及其定位方法以解決上述問題實為必要。
發(fā)明內容
本發(fā)明的主要目的在于，提供一種光源掃描定位系統(tǒng)，其通過檢測光源的 發(fā)射和接收，掃描并確定可移動物體的方位，使得可移動物體能夠自動分辨自 我位置，自動完成設定的移動路線。
本發(fā)明的另一目的在于，提供了采用該定位系統(tǒng)進行定位的方法，在一組 定位系統(tǒng)中，通過檢測光源的交互發(fā)射和反射，確定可移動物體相對已知參照 物的方位，再經計算得出可移動物體的絕對位置，以幫助可移動物體自動分辨 自我位置，自動完成設定的移動路線。本發(fā)明"l是供了一種光源掃描定位系統(tǒng)，其包括 至少兩個光源發(fā)射裝置，用于發(fā)射檢測光源； 至少一個光源接收裝置，用于接收所述檢測光源；所述光源接收裝置包括光信號接收器和光電轉換模塊，光電轉換模塊將所 接收的檢測光源轉換為電信號，通過提取電信號中表征各光源發(fā)射裝置的位置 參量，結合光源發(fā)射裝置的偏移角度和/或兩束檢測光源的夾角信息，引用正弦 定理，經計算得出各光源發(fā)射裝置分別與光源接收裝置之間的相對間距，從而 確定光源接收裝置的所在位置。在本發(fā)明中，所述光源掃描定位系統(tǒng)還可進一步包括以下^a術特征在本發(fā)明的一個實施例中，所述光源發(fā)射裝置或/和光源接收裝置包括驅動 系統(tǒng)、活動基座以及安裝于其上的光源發(fā)射器或光源接收器，驅動系統(tǒng)與活動 基座相連接，用于驅動活動基座旋轉。在本發(fā)明的另一個實施例中，所述光源發(fā)射裝置或/和光源接收裝置還可包括歸零反射片，用于反射檢測光源；歸零檢測器，與歸零反射片相對設置，通過兩者相互配合，檢測光源的接 收或/和發(fā)射狀態(tài)。在本發(fā)明的又一個實施例中，所述光源發(fā)射裝置或/和光源接收裝置還可包 括透鏡，其設置于出射口或/和入射口，其中，光源發(fā)射器或光源接收器與透鏡 之間的間距可調節(jié)。在本發(fā)明的又一個實施例中，所述光源掃描定位系統(tǒng)進一步包括分別與 光源接收裝置和/或光源發(fā)射裝置的歸零檢測器、驅動系統(tǒng)以及光源發(fā)射器和/或 光源接收器電性連接的發(fā)射控制處理器和接收控制處理器。在本發(fā)明中，所述檢測光源可為紅外線、X射線或紫外線。本發(fā)明還提供了一種光源掃描定位方法，其包括以下步驟 步驟1)任意選取一個光源接收裝置和兩個光源發(fā)射裝置作為一組定位系統(tǒng)，預 設光源發(fā)射裝置中檢測光源的基準發(fā)射位置；步驟2)光源發(fā)射裝置分時發(fā)射檢測光源，當檢測光源被光源接收裝置接收到時， 光源發(fā)射裝置確定所發(fā)出的檢測光源相對于基準發(fā)射位置的偏移角度，光源接收裝置確定所接收到的兩束檢測光源的夾角； 步驟3)光源接收裝置將接收到的光信號分別轉換為電信號，提取電信號中表征 各光源發(fā)射裝置的位置參量，結合光源發(fā)射裝置的偏移角度和/或所接收 到的兩束檢測光源的夾角信息，引用正弦定理，經計算得出各光源發(fā)射 裝置分別與光源接收裝置之間的相對間距，從而確定光源接收裝置的位 置。其中，在步驟l)中，所述同一組定位系統(tǒng)中的基準發(fā)射位置方向相同。 所述步驟2)進一步包括以下步驟 步驟21)檢測光源經光源接收裝置的光源接收器接收，光源接收器反饋信號至接收控制處理器，記錄第一次的接收光源的位置； 步驟22)光源接收裝置的歸零反射片將部分檢測光源發(fā)射回光源發(fā)射裝置的歸 零反射片，經該歸零反射片反射至歸零檢測器，歸零檢測器反饋信號 至發(fā)射控制處理器，記錄第一次的發(fā)射光源相對于基準發(fā)射位置的偏 移角度；步驟23)重復步驟21)及步驟22),記錄第二次的發(fā)射光源相對于基準發(fā)射位置的偏移角度以及第二次的光源接收位置； 步驟24)根據第一次和第二次的光源接收位置計算得出所接收到的兩束檢測光源的夾角。與現有技術相比，本發(fā)明一種光源掃描定位系統(tǒng)及其定位方法相當簡單， 不需要對裝置做出太大改動，成本低，容易實現，應用性強，解決了難于進行 室內精確定位的問題。另外，通過調整光源發(fā)射或接收掃描角度的寬窄，來提 高光源掃描定位系統(tǒng)的工作效率，采用寬掃描角度時，能夠快速地找到可移動 物體，而采用窄掃描角度時，能精確地對可移動物體進行定位，從而實現快速 且精確的定位。另一方面，該定位系統(tǒng)具有靈活適應性，只要光線掃描的訊號 能夠被偵測到，即可實現定位，因此可應用于任何場所，甚至能實現物體在三維空間中的定位。采用該定位系統(tǒng)，提高了可移動物體的方向感，能幫助其自 動地尋找并分辨自我位置，從而使其能夠自動完成設定的移動路線或工作任務。 為使本發(fā)明更加容易理解，下面將結合附圖進一步闡述本發(fā)明不同的具體 實施例。
圖l為本發(fā)明一種光源掃描定位系統(tǒng)的示意圖； 圖2為本發(fā)明一種光源掃描定位系統(tǒng)的光源發(fā)射裝置的結構示意圖； 圖3為本發(fā)明一種光源掃描定位系統(tǒng)的光源接收裝置的結構示意圖； 圖4為本發(fā)明一種光源掃描定位系統(tǒng)的光源發(fā)射裝置在窄掃描角度時的工 作狀態(tài)示意圖；圖5為本發(fā)明一種光源掃描定位系統(tǒng)的光源發(fā)射裝置在寬掃描角度時的工 作狀態(tài)示意圖；具體實施方式
以確定可移動物體的位置為目的，設光源接收裝置安裝于某一可移動物體 上，光源發(fā)射裝置為相對固定的參照物，以此說明光源掃描定位系統(tǒng)的組成 參照圖l所示， 一種光源掃描定位系統(tǒng)，其包括 兩個光源發(fā)射裝置l,用于發(fā)射檢測光源； 一個光源接收裝置2，用于接收所述檢測光源；所述光源接收裝置2包括光源接收器和光電轉換模塊，光電轉換模塊將所 接收的檢測光源轉換為電信號。這其中，通過提取電信號中表征各光源發(fā)射裝置的位置參量，結合光源發(fā) 射裝置1的偏移角度和/或兩束檢測光源的夾角信息，引用正弦定理，經計算得 出各光源發(fā)射裝置1分別與光源接收裝置2之間的相對間距，從而確定光源接收 裝置2的位置，即可確定可移動物體的位置。在本實施例中,參照圖2所示，所述光源發(fā)射裝置1包括固定基座10和活動基座12,活動基座12可相對固定基座旋轉或轉動。這其中，固定基座10中 內設有驅動系統(tǒng)101、歸零;f企測器102和發(fā)射控制處理器103。驅動系統(tǒng)101與 活動基座12相連接，驅動系統(tǒng)IOI可通過相互嚙合的齒輪(未標示)驅動活動 基座12相對固定基座10進行360°旋轉或轉動。歸零檢測器102安裝于固定基 座IO的頂部?；顒踊?2上開設有出射筒120,出射筒120包括透鏡121、光 源發(fā)射器122以及歸零反射片123,其中，透鏡121裝設于出射筒120的出射口 處，用于匯聚或發(fā)散光源；光源發(fā)射器122裝設于出射筒120的內部，用于發(fā)射 檢測光源，透鏡121與光源接收器122之間的間距可調節(jié)；歸零反射片123與歸 零檢測器102相對設置，可反射接收到的檢測光源至歸零檢測器102,并通過兩 者相互配合，檢測光源的發(fā)射狀態(tài)。發(fā)射控制處理器103分別與歸零檢測器102、 光源發(fā)射器122和驅動系統(tǒng)101電性連接，以控制各組件的工作。參照圖3所示，與光源發(fā)射裝置l相對應的光源接收裝置2，兩者結構基本 相同，其包括固定基座20和活動基座22，活動基座22可相對固定基座旋轉或 轉動。這其中，固定基座20中內設有驅動系統(tǒng)201 、歸零檢測器202和接收控 制處理器203。驅動系統(tǒng)201與活動基座22相連接，驅動系統(tǒng)201可通過相互 嚙合的齒輪(未標示)驅動活動基座22相對固定基座20旋轉或轉動。歸零;^測 器202安裝于固定基座20的頂部?；顒踊?2上開設有出射筒220，出射筒220 包括透鏡221、光源接收器222以及歸零反射片223。其中，透鏡221裝設于出 射筒220的入射口處，用于匯聚或發(fā)散光源；光源接收器222裝設于出射筒220 的內部，用于接收檢測光源，透鏡221與光源接收器222之間的間距可調節(jié)，歸 零反射片223與歸零檢測器202相對設置，可反射接收到的檢測光源至歸零檢測 器202及光源發(fā)射裝置1的歸零反射片223,通過兩者相互配合，檢測光源的接 收狀態(tài)。接收控制處理器203分別與歸零檢測器202、光源接收器222和驅動系 統(tǒng)201電性連接，以控制各組件的工作。光電轉換模塊(未標示)內置于接收 控制處理器203中，用于將所接收的檢測光源轉換為電信號。參照圖4和圖5所示，發(fā)射控制處理器103通過可伸縮的杠桿14與光源發(fā) 射器122的一端連接，4吏得發(fā)射控制處理器103通過驅動杠桿14前后伸縮作動，以推動或后拉光源發(fā)射器122于出射筒120向前或向后滑動，從而實現射出光線 的發(fā)散或匯聚。即當杠桿14向前推進光源發(fā)射器122時，光源發(fā)射器122與透 鏡121之間的間距縮短，靠近出射口， 4吏得射出光線向外發(fā)散，光線掃描的范 圍更廣，從而更容易發(fā)現光源接收裝置2;而當杠桿14向后拉光源發(fā)射器122 時，光源發(fā)射器122與透鏡121之間的間距加大，遠離出射口，使得射出光線匯 聚集中，光線掃描的范圍縮小，從而能夠精確地確定光源接收裝置2的位置。 同理，光源接收裝置2的光源接收角度亦可以通過類似設置實現寬窄調整。為了提高光源發(fā)射裝置和接收裝置的工作效率，可先采用寬散射角度進行 發(fā)射或接收掃描，迅速地尋找到光源接收裝置或發(fā)射裝置，然后，再調整為窄 散射角度進行發(fā)射或接收掃描，以精確地確定光源接收裝置的位置。在本發(fā)明中，所述^r測光源可為紅外線、X射線、紫外線或其他射線。所 述定位系統(tǒng)的光源發(fā)射裝置和光源接收裝置的個數不受限制。所述驅動系統(tǒng)為馬達，優(yōu)選步進馬達。步進馬達不同于交流馬達、直流馬 達和伺服馬達，其因為在低轉速時具有高的轉矩值，且靜止時仍保持很高的轉 矩值，正反轉的響應良好，旋轉角度和輸入的脈波數成正比角度誤差小，因此 使用開回路控制，即可達成閉回路控制高精確角度及高精度定位的需求。步進 馬達可能除繁雜的機械結構，使物品小型化、響應快，應用于定速運動、變形 運動、角度控制或位置控制的場合。在本發(fā)明中，步進馬達作為光源發(fā)射裝置 或接收裝置的驅動系統(tǒng)，配合歸零裝置，處理器就可以以開回路控制的方式， 對四周作出角度的定位，用以發(fā)射或接收;f企測光源。而若采用一般的直流馬達，需要額外增加編碼器形成閉回路控制，處理器從轉軸上的編碼器得知現在的角 度，再控制直流馬達轉動到指定的位置。為了讓轉軸鎖定在當前角度，還需增 設煞車裝置，以將轉軸鎖定為既定位置。所述光源發(fā)射裝置亦可以安裝于可移動物體上，而光源接收裝置則安裝于 相對固定的參照物上，工作原理同前類似，在此不在詳述。本發(fā)明還提供了 一種采用所述光源掃描定位系統(tǒng)進行定位的方法，其包括以下步驟步驟1)任意選取一個光源接收裝置和兩個光源發(fā)射裝置作為一組定位系統(tǒng)，并 預設光源發(fā)射裝置中檢測光源的基準發(fā)射位置；步驟2 )光源發(fā)射裝置分時發(fā)射檢測光源時，只要檢測光源被光源接收裝置接收 到時，光源發(fā)射裝置就可確定所發(fā)出的檢測光源相對于基準發(fā)射位置的 偏移角度，使得光源接收裝置確定所接收到的兩束檢測光源的夾角；步驟3 )光源接收裝置將接收到的光信號分別轉換為電信號，提取電信號中表征 各光源發(fā)射裝置的位置參量，結合光源發(fā)射裝置的偏移角度和/或所接收 到的兩束檢測光源的夾角信息，引用正弦定理，經計算得出各光源發(fā)射 裝置分別與光源接收裝置之間的相對間距，從而確定光源接收裝置的位 置。其中，參照圖l所示，在步驟l)中，為了方便計算出兩組光源發(fā)射裝置的 掃描角度，采用相同的參照標準，將所述同一組定位系統(tǒng)中的基準發(fā)射位置方 向相同。參照圖i所示，在本實施例中，將兩個光源發(fā)射裝置A、 B的基準發(fā)射位置方向均定為正北(N)方向。所述步驟2)進一步包括以下步驟 步驟21)首先，光源發(fā)射裝置A的驅動系統(tǒng)沿著順時針轉動活動轉盤，光源發(fā) 射器以寬散射角度向外發(fā)出檢測光源，并當檢測光源被某一光源接收裝 置C的光源接收器接收時，由其歸零反射片反射回光源發(fā)射裝置，而掃 描發(fā)現光源接收裝置C;然后，發(fā)射控制處理器發(fā)出指令驅動杠桿推動光源發(fā)射器，使之靠近 出射口，將寬散射角度改為窄散射角度，以精確確定光源接收裝置C的 具體位置；接著，光源接收裝置的光源接收器接收到光源，反饋信號至接收控制 處理器，記錄第一次的接收光源的位置T1; 步驟22)光源接收裝置C的歸零反射片將部分檢測光源發(fā)射回光源發(fā)射裝置A 的歸零反射片，再經該歸零反射片反射至歸零檢測器，使得歸零檢測器反饋信號至發(fā)射控制處理器，而記錄第一次的發(fā)射光源相對于基準發(fā)射
位置的偏移角度Q1;
步驟23)重復步驟21)及步驟22),光源接收裝置C旋轉掃描，接收到另一臺 光源發(fā)射裝置B發(fā)射的檢測光源，記錄第二次的發(fā)射光源相對于基準 發(fā)射位置的偏移角度Q2以及第二次的光源接收位置T2;
步驟24)根據第一次和第二次的光源接收位置Tl和T2計算得出所接收到的兩
束檢測光源的夾角Q3。
所述步驟3)，進一步包括以下步驟
步驟31)光源接收裝置中的光源接收器將光源信號傳送至光源轉換模塊，光源 轉換模塊將接收到的光信號分別轉換為電信號，并將電信號傳送至接 收控制處理器；
步驟32)接收控制處理器提取電信號中表征各光源發(fā)射裝置的位置參量，即 兩光源發(fā)射裝置的坐標參數，計算得出兩光源發(fā)射裝置的間距L1; 步驟33)假設光源發(fā)射裝置A與光源接收裝置C之間的間距為L2，光源發(fā)
射裝置B與光源接收裝置C之間的間距為L3,
已知兩光源發(fā)射裝置的間距Ll、光源發(fā)射裝置的偏移角度Ql、
Q2和所接收到的兩束檢測光源的夾角信息Q3，引用正弦定理，如下
所述
Sin 01 = Sin 02 = Sin 03 13
經計算，得出光源發(fā)射裝置A、 B分別與光源接收裝置C之間的相對 間距L2和L3 ，從而確定光源接收裝置的坐標位置，即確定可移動物 體的坐標位置，使得可移動物體能夠借助該定位信息完成設定的移動 路線。
權利要求
1.一種光源掃描定位系統(tǒng)，其特征在于包括至少兩個光源發(fā)射裝置，用于發(fā)射檢測光源；至少一個光源接收裝置，用于接收所述檢測光源，所述光源接收裝置包括光信號接收器和光電轉換模塊，光電轉換模塊將所接收的檢測光源轉換為電信號；其中，通過提取電信號中表征各光源發(fā)射裝置的位置參量，結合光源發(fā)射裝置的偏移角度和/或兩束檢測光源的夾角信息，引用正弦定理，經計算得出各光源發(fā)射裝置分別與光源接收裝置之間的相對間距，從而確定光源接收裝置的所在位置。
2. 根據權利要求1所述的光源掃描定位系統(tǒng)，其特征在于 所述光源發(fā)射裝置或/和光源接收裝置包括活動基座以及安裝于其上的光源發(fā)射 器或光源接收器。
3. 根據權利要求2所述的光源掃描定位系統(tǒng)，其特征在于 所述光源發(fā)射裝置或/和光源接收裝置還包括驅動系統(tǒng)，其與活動基座相連接， 用于驅動活動基座旋轉。
4. 根據權利要求1所述的光源掃描定位系統(tǒng)，其特征在于 所述光源發(fā)射裝置或/和光源接收裝置還包括 歸零反射片，用于反射檢測光源；歸零檢測器，與歸零反射片相對設置， 通過兩者相互配合，檢測光源的接收或/和發(fā)射狀態(tài)。
5. 根據權利要求2所述的光源掃描定位系統(tǒng)，其特征在于所述光源發(fā)射裝置或 /和光源接收裝置還包括透鏡，其設置于出射口或/和入射口，其中，光源發(fā)射器或光源接收器與透鏡之間的間距可調節(jié)。
6. 根據權利要求4所述的光源掃描定位系統(tǒng)，其特征在于 所述光源掃描定位系統(tǒng)進一步包括分別與光源接收裝置和/或光源發(fā)射裝置的 歸零檢測器、驅動系統(tǒng)以及光源發(fā)射器和/或光源接收器電性連接的發(fā)射控制處 理器和接收控制處理器。
7. 根據權利要求l-6中任一項所述的光源掃描定位系統(tǒng)，其特征在于所述檢測 光源為紅外線、X射線或紫外線。，
8. —種光源掃描定位方法，其特征在于包括以下步驟步驟1)任意選取一個光源接收裝置和兩個光源發(fā)射裝置作為一組定位系統(tǒng)，預設光源發(fā)射裝置中檢測光源的基準發(fā)射位置； 步驟2 )光源發(fā)射裝置分時發(fā)射檢測光源，當檢測光源被光源接收裝置接收到時，光源發(fā)射裝置確定所發(fā)出的檢測光源相對于基準發(fā)射位置的偏移角度，光源接收裝置確定所接收到的兩束檢測光源的夾角； 步驟3 )光源接收裝置將接收到的光信號分別轉換為電信號，提取電信號中表征各光源發(fā)射裝置的位置參量，結合光源發(fā)射裝置的偏移角度和/或所接收到的兩束檢測光源的夾角信息，引用正弦定理，經計算得出各光源發(fā)射裝置分別與光源接收裝置之間的相對間距，從而確定光源接收裝置的位置。
9. 根據權利要求8所述的光源掃描定位方法，其特征在于 所述步驟2)進一步包括以下步驟步驟21)檢測光源經光源接收裝置的光源接收器接收，光源接收器反饋信號至接收控制處理器，記錄第一次的接收光源的位置； 步驟22)光源接收裝置的歸零反射片將部分^r測光源發(fā)射回光源發(fā)射裝置的歸零反射片，經該歸零反射片反射至歸零檢測器，歸零檢測器反饋信號 至發(fā)射控制處理器，記錄第一次的發(fā)射光源相對于基準發(fā)射位置的偏移角度；步驟23 )重復步驟21)及步驟22),記錄第二次的發(fā)射光源相對于基準發(fā)射位置的偏移角度以及第二次的光源接收位置； 步驟24)根據第一次和第二次的光源接收位置計算得出所接收到的兩束檢測光源的夾角。
10.根據權利要求8所述的光源掃描定位方法，其特征在于 在步驟l)中，所述同一組定位系統(tǒng)中的基準發(fā)射位置方向相同。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種光源掃描定位系統(tǒng)，其包括至少兩個光源發(fā)射裝置，至少一個光源接收裝置，所述光源接收裝置包括光信號接收器和光電轉換模塊，光電轉換模塊將所接收的檢測光源轉換為電信號，通過提取電信號中表征各光源發(fā)射裝置的位置參量，結合光源發(fā)射裝置的偏移角度和/或兩束檢測光源的夾角信息，引用正弦定理，經計算得出各光源發(fā)射裝置分別與光源接收裝置之間的相對間距，從而確定光源接收裝置的位置。本發(fā)明還提供了一種光源掃描定位方法，通過檢測光源的發(fā)射和接收，掃描并確定可移動物體的方位，使得可移動物體能夠自動分辨自我位置，自動完成設定的移動路線。
文檔編號G01S17/58GK101320094SQ20081002828
公開日2008年12月10日 申請日期2008年5月21日 優(yōu)先權日2008年5月21日
發(fā)明者陳德宗 申請人:旭麗電子(廣州)有限公司;光寶科技股份有限公司