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一種智能護(hù)理床中自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)及定位導(dǎo)航方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種智能護(hù)理床的自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)，該自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)定位出作為移動(dòng)物體的移動(dòng)輪椅相對(duì)于作為目標(biāo)的機(jī)器人護(hù)理床的位姿和運(yùn)動(dòng)方向，該自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)包括有兩組超聲波模塊、機(jī)器人護(hù)理床發(fā)射與接收控制模塊和移動(dòng)輪椅發(fā)射與接收控制模塊，兩個(gè)發(fā)射與接收控制模塊上均設(shè)有用于相互通訊的無線部件；定位導(dǎo)航方法基于雙耳定位原理，分別獲取兩組超聲波模塊中超聲波發(fā)射端和超聲波接收端的超聲波傳輸時(shí)間，以使超聲波發(fā)射端和超聲波接收端形成等腰三角形布局，保持移動(dòng)輪椅在機(jī)器人護(hù)理床的中軸線上移動(dòng)，且移動(dòng)輪椅的側(cè)面與機(jī)器人護(hù)理床側(cè)面處于平行狀態(tài)。本發(fā)明智能護(hù)理床實(shí)現(xiàn)了超聲波跟蹤、精確定位和導(dǎo)航的目的。
【專利說明】一種智能護(hù)理床中自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)及定位導(dǎo)航方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超聲波定位領(lǐng)域，具體涉及到超聲波定位技術(shù)在智能護(hù)理床中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]康復(fù)護(hù)理服務(wù)的手段可分為醫(yī)療康復(fù)護(hù)理和護(hù)理輔具康復(fù)兩大類。其中，護(hù)理輔具康復(fù)是指利用康復(fù)護(hù)理輔助器具為殘疾人、老年人、傷病人等殘障者提供補(bǔ)償、替代、治療的手段和方法。殘障者要最大限度的實(shí)現(xiàn)生活自理，參與社會(huì)活動(dòng)，安全放心、舒適的移動(dòng)輔具是必不可少的。但要從臥床狀態(tài)轉(zhuǎn)移至移動(dòng)器具上，必需護(hù)理人員的幫助，而且轉(zhuǎn)移時(shí)還有跌落的危險(xiǎn)。機(jī)器人護(hù)理床是一種新型康復(fù)護(hù)理移動(dòng)輔助器具，具有操作手柄、語音、觸摸自主導(dǎo)航等多模態(tài)人機(jī)交互功能，在保持安全舒適的姿態(tài)下，機(jī)器人護(hù)理床可變形成床或移動(dòng)物體輪椅，不僅可減輕護(hù)理人員轉(zhuǎn)移患者時(shí)的負(fù)擔(dān)，而且還減少了對(duì)患者跌落的擔(dān)心。
[0003]機(jī)器人護(hù)理床在實(shí)時(shí)避障和路徑規(guī)劃過程中要實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人的自主導(dǎo)航，所面臨的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題就是:如何獲取的外部環(huán)境信息、感知障礙物和目標(biāo)、測(cè)量障礙物，并精確定位目標(biāo)。目前，常見的定位方式有電磁定位、光反射定位、視覺定位、慣導(dǎo)定位、超聲波定位等。電磁定位的原理是在路徑上連續(xù)埋設(shè)多條引導(dǎo)電纜，分別流過不同頻率的電流，通過感應(yīng)線圈對(duì)電流的檢測(cè)來感知路徑信息。該技術(shù)簡(jiǎn)單實(shí)用，但是其成本高，改造和維護(hù)困難。光反射定位的原理是在路徑上連續(xù)鋪設(shè)光反射條，是一種方式簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜的導(dǎo)航系統(tǒng)，但是光反射定位不適合在動(dòng)態(tài)、變結(jié)構(gòu)環(huán)境下的移動(dòng)機(jī)器人場(chǎng)合定位。視覺定位的原理是通過圖像采集、處理和識(shí)別，獲得目標(biāo)的位姿信息。視覺具有精度高的特點(diǎn)，但是實(shí)時(shí)性差，對(duì)環(huán)境光有較高的要求，特別是當(dāng)目標(biāo)不在視野之內(nèi)或光線很暗時(shí)，視覺定位不適合。慣導(dǎo)定位是通過內(nèi)部的慣性器件，如陀螺、加速度計(jì)等，獲取當(dāng)前位置信息。慣導(dǎo)定位導(dǎo)航系統(tǒng)能保障導(dǎo)航信息在一定時(shí)間內(nèi)的精準(zhǔn)。其缺點(diǎn)是隨著導(dǎo)航持續(xù)，慣性導(dǎo)航會(huì)發(fā)生偏差，特別是由溫度變化、震動(dòng)引起的，需要算法進(jìn)行偏差補(bǔ)償，算法實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜，成本高。超聲波定位原理是利用超聲波在超聲場(chǎng)中的物理特性和各種效應(yīng)研制的裝置可稱為超聲換能器、探測(cè)器或傳感器，當(dāng)發(fā)出脈沖時(shí)，超聲換能器受到刺激以脈沖形式發(fā)出超聲波，發(fā)射出來的超聲波脈沖作用到一個(gè)聲反射物體上，經(jīng)過一段時(shí)間后，被反射回來的聲波被換能器接受，記錄與處理反射回聲，利用其回聲的特征預(yù)測(cè)目標(biāo)的距離、形態(tài)及其動(dòng)態(tài)改變，進(jìn)而確定目標(biāo)的具體位置。超聲波傳感器不依賴于環(huán)境光，而且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，性價(jià)比高、非接觸式測(cè)量等特點(diǎn)。
[0004]通常，超聲波定位可以通過超聲波發(fā)射和接收的時(shí)間差進(jìn)行測(cè)距，計(jì)算出移動(dòng)物的位姿信息。超聲波測(cè)距有兩種實(shí)現(xiàn)方法:1)反射式測(cè)距法。反射式測(cè)距法就是發(fā)射超聲波并接收由被測(cè)物產(chǎn)生的回波，根據(jù)回波與發(fā)射波的時(shí)間差計(jì)算出待測(cè)距離。2)單向測(cè)距法。單向測(cè)距法由應(yīng)答器和主測(cè)距器組成，主測(cè)距器放置在被測(cè)物體上，在微機(jī)指令信號(hào)的作用下向位置固定的應(yīng)答器發(fā)射同頻率的無線電信號(hào)，應(yīng)答器在收到無線電信號(hào)后同時(shí)向主測(cè)距器發(fā)射超聲波信號(hào)，得到主測(cè)距器與各個(gè)應(yīng)答器之間的距離。超聲波測(cè)距在世界上已得到廣泛應(yīng)用，而超聲波定位系統(tǒng)的研究還不成熟，沒有得到廣泛推廣。但是超聲波定位系統(tǒng)價(jià)格低廉，精度較高，在市場(chǎng)上具有很大的應(yīng)用市場(chǎng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明專利針對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中超聲波在空氣中的衰減較大，定位精度不高，定位距離短等問題，提供一種新的超聲波定位系統(tǒng)和定位方法來適用于智能護(hù)理床。本發(fā)明智能護(hù)理床利用超聲波傳輸特性，使移動(dòng)目標(biāo)自動(dòng)靠近固定目標(biāo)指定位置，實(shí)現(xiàn)超聲波跟蹤、精確定位和導(dǎo)航的目的。
[0006]為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明專利提供的技術(shù)方案如下:
一種智能護(hù)理床的自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)，該自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)定位出作為移動(dòng)物體的移動(dòng)輪椅相對(duì)于作為目標(biāo)的機(jī)器人護(hù)理床的位姿和運(yùn)動(dòng)方向，其特征在于，該自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)包括有兩組超聲波模塊，分別為第一超聲波模塊和第二超聲波模塊，第一超聲波模塊包括有一個(gè)第一超聲波發(fā)射端和兩個(gè)第一超聲波接收端，第二超聲波模塊包括有一個(gè)第二超聲波發(fā)射端和兩個(gè)第二超聲波接收端，在機(jī)器人護(hù)理床的側(cè)面中心軸線處安裝有所述的第一超聲波發(fā)射端，在第一超聲波發(fā)射端的兩側(cè)等距離位置處各設(shè)有一個(gè)所述的第二超聲波接收端，在移動(dòng)輪椅的側(cè)面中心軸線處安裝有所述的第二超聲波發(fā)射端，在第二超聲波發(fā)射端的兩側(cè)等距離位置處各設(shè)有一個(gè)所述的第一超聲波接收端；在機(jī)器人護(hù)理床和移動(dòng)輪椅上各設(shè)有一個(gè)發(fā)射與接收控制模塊，分別為機(jī)器人護(hù)理床發(fā)射與接收控制模塊和移動(dòng)輪椅發(fā)射與接收控制模塊，每個(gè)發(fā)射與接收控制模塊均設(shè)有超聲波程序單元，其中，機(jī)器人護(hù)理床發(fā)射與接收控制模塊分別連接第一超聲波發(fā)射端和第二超聲波接收端，移動(dòng)輪椅發(fā)射與接收控制模塊分別連接第二超聲波發(fā)射端和第一超聲波接收端，兩個(gè)發(fā)射與接收控制模塊上均設(shè)有用于相互通訊的無線部件，兩個(gè)無線部件完成機(jī)器人護(hù)理床和移動(dòng)輪椅之間的數(shù)據(jù)交換。
[0007]在本發(fā)明的一種機(jī)器人護(hù)理床中移動(dòng)輪椅的自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)中，所述的無線部件為ISM頻段FSK收發(fā)模塊RFMl2B。
[0008]一種利用上述的自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)進(jìn)行定位導(dǎo)航的方法，該定位導(dǎo)航方法基于雙耳定位原理，分別獲取兩組超聲波模塊中超聲波發(fā)射端和超聲波接收端的超聲波傳輸時(shí)間，以使每組超聲波模塊中相應(yīng)的超聲波發(fā)射端和超聲波接收端形成等腰三角形布局，最終保持移動(dòng)輪椅在機(jī)器人護(hù)理床的中軸線上移動(dòng)，且移動(dòng)輪椅的側(cè)面與機(jī)器人護(hù)理床側(cè)面處于平行狀態(tài)。
[0009]在本發(fā)明的定位導(dǎo)航方法中，所述機(jī)器人護(hù)理床控制模塊分別連接并控制第一超聲波發(fā)射端和第二超聲波接收端，移動(dòng)輪椅控制模塊分別連接并控制第二超聲波發(fā)射端和第一超聲波接收端，所述發(fā)射與接收控制模塊對(duì)超聲波發(fā)射端的控制方法是:無線部件發(fā)送同步碼，同步碼發(fā)送結(jié)束時(shí)由超聲波發(fā)射端發(fā)送超聲波信號(hào)，延時(shí)幾毫秒后，再由無線部件發(fā)送出反饋數(shù)據(jù)的命令，并由該無線部件接收到反饋數(shù)據(jù)后，由超聲波程序單元計(jì)算兩個(gè)超聲波接收端所反饋數(shù)據(jù)的時(shí)間差，并根據(jù)時(shí)間差向移動(dòng)輪椅發(fā)出調(diào)整姿勢(shì)的指令；所述發(fā)射與接收控制模塊對(duì)超聲波接收端的控制方法是:當(dāng)無線部件接收到同步碼后，啟動(dòng)定時(shí)器，進(jìn)行兩路中斷定時(shí)，等待超聲波信號(hào)，當(dāng)收到超聲波信號(hào)后，兩路的信號(hào)定時(shí)中斷，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并等待無線反饋數(shù)據(jù)指令，收到無線反饋數(shù)據(jù)指令后，反饋數(shù)據(jù)給超聲波程序單元，該超聲波程序單元設(shè)置于發(fā)射與接收控制模塊中。
[0010]在本發(fā)明的定位導(dǎo)航方法中，所述超聲波程序單元的判斷過程如下:當(dāng)超聲波直射到第一超聲波接收端B與第一超聲波接收端C的時(shí)間相等時(shí)，超聲波程序單元判定移動(dòng)輪椅處于繞機(jī)器人護(hù)理床中軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)；當(dāng)超聲波直射到第一超聲波接收端B與第一超聲波接收端C的時(shí)間逐漸變小時(shí)，超聲波程序單元判定移動(dòng)輪椅處于靠近機(jī)器人護(hù)理床中軸線方向移動(dòng)的狀態(tài)；當(dāng)超聲波直射接收第一超聲波接收端B與第一超聲波接收端C的時(shí)間逐漸變大時(shí)，超聲波程序單元判定移動(dòng)輪椅處于遠(yuǎn)離機(jī)器人護(hù)理床中軸線方向移動(dòng)的狀態(tài)；
當(dāng)超聲波直射第二超聲波接收端E與第二超聲波接收端F的時(shí)間相等時(shí)，超聲波程序單元判定移動(dòng)輪椅處于平行于機(jī)器人護(hù)理床中軸線移動(dòng)的狀態(tài)；當(dāng)超聲波直射第二超聲波接收端E與第二超聲波接收端F的時(shí)間逐漸變小時(shí)，超聲波程序單元判定移動(dòng)輪椅處于平行靠近機(jī)器人護(hù)理床中軸線的狀態(tài)；當(dāng)超聲波直射接收第二超聲波接收端E與第二超聲波接收端F時(shí)間逐漸變大時(shí)，超聲波定位塊判定單元移動(dòng)輪椅處于平行遠(yuǎn)離機(jī)器人護(hù)理床中軸線的狀態(tài)。
[0011]在本發(fā)明專利的自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)及自主導(dǎo)航方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下技術(shù)優(yōu)
點(diǎn)：1.本發(fā)明的定位導(dǎo)航系統(tǒng)中的發(fā)射與接收的控制模塊采用一拖二方式，即每組一個(gè)超聲波發(fā)射傳感器，兩個(gè)超聲波接收傳感器，發(fā)射端由單片機(jī)組成控制系統(tǒng)產(chǎn)生40KHZ的超聲波信號(hào)，驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射傳感器發(fā)射超聲波信號(hào)，接收端由單片機(jī)組成控制系統(tǒng)采集兩個(gè)超聲波接收傳感器收到的超聲波信號(hào)，本發(fā)明通過無線通訊解決了機(jī)器人護(hù)理床系統(tǒng)中，移動(dòng)物體輪椅移動(dòng)機(jī)器人與目標(biāo)護(hù)理床上的超聲波傳感器收射器、接收器分離的問題，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、價(jià)格便宜。
[0012]2.本發(fā)明的超聲波傳感器的定位模炔基于雙耳定位原理，獲取兩組超聲波發(fā)射和接收傳感器的超聲波傳輸時(shí)間。床體超聲波傳感器的作用是保持移動(dòng)物體輪椅處于目標(biāo)護(hù)理床的中軸線處運(yùn)動(dòng)，超聲接收時(shí)間長(zhǎng)的那側(cè)往床體移動(dòng)，直到兩組超聲波接收時(shí)間差最小為止，此時(shí)超聲波發(fā)射傳感器和兩個(gè)超聲波接收傳感器趨于等腰三角形。移動(dòng)物體輪椅超聲波傳感器，是使移動(dòng)物體輪椅在中軸線上向目標(biāo)護(hù)理床移動(dòng)過程中，移動(dòng)輪椅車側(cè)面與護(hù)理床側(cè)面處于平行狀態(tài)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明一種機(jī)器人護(hù)理床自主導(dǎo)航中的超聲波定位系統(tǒng)及定位方法中超聲波傳感器的安裝布置示意圖。
[0014]圖2為本發(fā)明一種機(jī)器人護(hù)理床自主導(dǎo)航中的超聲波定位系統(tǒng)及定位方法中超聲波傳感器控制示意圖。
[0015]圖3為本發(fā)明一種機(jī)器人護(hù)理床自主導(dǎo)航中的超聲波定位系統(tǒng)及定位方法中定位系統(tǒng)的框圖。
[0016]圖4為本發(fā)明一種機(jī)器人護(hù)理床自主導(dǎo)航中的超聲波定位系統(tǒng)及定位方法中程序單元對(duì)超聲波發(fā)送端的控制流程圖。[0017]圖5為本發(fā)明一種機(jī)器人護(hù)理床自主導(dǎo)航中的超聲波定位系統(tǒng)及定位方法中程序單元對(duì)超聲波接收端的控制流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施步驟對(duì)本發(fā)明的智能護(hù)理床自主導(dǎo)航中的超聲波定位方法作進(jìn)一步的詳細(xì)闡述，以求更清楚明了地理解本發(fā)明的組成結(jié)構(gòu)和工作原理，但不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0019]參見圖1，本發(fā)明主要是一種智能護(hù)理床的自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)，該自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)定位出作為移動(dòng)物體的移動(dòng)輪椅相對(duì)于作為目標(biāo)的機(jī)器人護(hù)理床的位姿和運(yùn)動(dòng)方向。該自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)包括有兩組超聲波模塊，分別為第一超聲波模塊和第二超聲波模塊，第一超聲波模塊包括有一個(gè)第一超聲波發(fā)射端和兩個(gè)第一超聲波接收端，第二超聲波模塊包括有一個(gè)第二超聲波發(fā)射端和兩個(gè)第二超聲波接收端，在機(jī)器人護(hù)理床的側(cè)面中心軸線處安裝有所述的第一超聲波發(fā)射端，在第一超聲波發(fā)射端的兩側(cè)等距離位置處各設(shè)有一個(gè)所述的第二超聲波接收端，在移動(dòng)輪椅的側(cè)面中心軸線處安裝有所述的第二超聲波發(fā)射端，在第二超聲波發(fā)射端的兩側(cè)等距離位置處各設(shè)有一個(gè)所述的第一超聲波接收端。
[0020]在機(jī)器人護(hù)理床和移動(dòng)輪椅上各設(shè)有一個(gè)發(fā)射與接收控制模塊,分別為機(jī)器人護(hù)理床發(fā)射與接收控制模塊和移動(dòng)輪椅發(fā)射與接收控制模塊，每個(gè)發(fā)射與接收控制模塊均設(shè)有超聲波程序單元。其中，機(jī)器人護(hù)理床發(fā)射與接收控制模塊分別連接第一超聲波發(fā)射端和第二超聲波接收端，移動(dòng)輪椅發(fā)射與接收控制模塊分別連接第二超聲波發(fā)射端和第一超聲波接收端。
[0021]兩個(gè)發(fā)射與接收控制模塊上均設(shè)有用于相互通訊的無線部件，兩個(gè)無線部件完成機(jī)器人護(hù)理床和移動(dòng)輪椅之間的數(shù)據(jù)交換。在本發(fā)明專利申請(qǐng)中，所述的無線部件為ISM頻段FSK收發(fā)模塊RFMl2B。
[0022]在本發(fā)明的一種機(jī)器人護(hù)理床中移動(dòng)輪椅的自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)中，超聲波發(fā)射端和超聲波接收端均為超聲波傳感器，以及發(fā)射與接收控制模塊中包括有控制板和控制軟件，即在每個(gè)發(fā)射與接收控制模塊均設(shè)有超聲波程序單元，作為超聲波程序單元的控制軟件分為發(fā)射端軟件和接收端軟件兩部分。
[0023]圖1是本發(fā)明的一種機(jī)器人護(hù)理床自主導(dǎo)航中的超聲波定位方法的超聲波傳感器安裝布置示意圖。基于超聲波直射方式，在移動(dòng)輪椅和機(jī)器人護(hù)理床上安裝布置多個(gè)超聲波傳感器。其中，A、D點(diǎn)為超聲波發(fā)射頭，即第一超聲波發(fā)射端A和第二超聲波發(fā)射端D,B、C、E、F點(diǎn)為超聲波接收頭，即第一超聲波接收端B、第一超聲波接收端C、第二超聲波接收端E和第二超聲波接收端F。其中A、B、C為一組機(jī)器人護(hù)理床上的床體超聲波傳感器，作用是保持移動(dòng)輪椅在作為移動(dòng)目標(biāo)的機(jī)器人護(hù)理床的中軸線上來回運(yùn)動(dòng)。D、E、F為一組移動(dòng)輪椅超聲波傳感器，作用是使移動(dòng)物體輪椅在中軸線上向作為固定目標(biāo)的機(jī)器人護(hù)理床移動(dòng)。
[0024]再請(qǐng)看圖2，本發(fā)明的一種機(jī)器人護(hù)理床自主導(dǎo)航中的超聲波定位系統(tǒng)中設(shè)有超聲波傳感器發(fā)射和接收控制模塊，由機(jī)器人護(hù)理床發(fā)射與接收控制模塊和移動(dòng)輪椅發(fā)射與接收控制模塊組成。其中，機(jī)器人護(hù)理床發(fā)射與接收控制模塊分別連接第一超聲波發(fā)射端A、第二超聲波接收端E與第二超聲波接收端F，并含有一塊作為無線通訊硬件模塊的無線部件，通常為ISM頻段FSK收發(fā)模塊RFM12B。移動(dòng)輪椅發(fā)射與接收控制模塊分別連接第二超聲波發(fā)射端D和第一超聲波接收端B與第一超聲波接收端C，并含有一塊作為無線通訊硬件模塊的無線部件，通常為ISM頻段FSK收發(fā)模塊RFM12B。通過上述無線部件來完成機(jī)器人護(hù)理床和移動(dòng)輪椅之間的數(shù)據(jù)交換。
[0025]無論是機(jī)器人護(hù)理床發(fā)射與接收控制模塊，還是移動(dòng)輪椅發(fā)射與接收控制模塊，發(fā)射與接收控制模塊對(duì)超聲波發(fā)射端控制方式為:發(fā)射與接收控制模塊先控制無線部件發(fā)送同步碼，在同步碼發(fā)送結(jié)束時(shí)，由超聲波發(fā)射端發(fā)送超聲波信號(hào)，在延時(shí)幾毫秒后，再通過無線部件發(fā)送指令至接收端，該指令是要求接收端向發(fā)射端反饋數(shù)據(jù)的命令，當(dāng)無線部件接收到反饋回來的反饋數(shù)據(jù)后，由超聲波程序單元來計(jì)算時(shí)間差，然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果來給移動(dòng)輪椅發(fā)送調(diào)整姿勢(shì)指令。
[0026]無論是機(jī)器人護(hù)理床發(fā)射與接收控制模塊，還是移動(dòng)輪椅發(fā)射與接收控制模塊，發(fā)射與接收控制模塊對(duì)超聲波接收端的控制方式為:在控制模塊的無線部件收到同步碼后，啟動(dòng)定時(shí)器，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)接收端的兩路中斷定時(shí)，等待超聲波信號(hào)；當(dāng)收到超聲波信號(hào)后，兩個(gè)接收端的兩路中斷定時(shí)，存儲(chǔ)時(shí)間差數(shù)據(jù)，并等待無線部件接收反饋數(shù)據(jù)的指令，接收到反饋數(shù)據(jù)的指令后，通過無線部件將反饋數(shù)據(jù)給超聲波程序單元。
[0027]參考圖3，本發(fā)明的一種機(jī)器人護(hù)理床自主導(dǎo)航中的超聲波定位方法的定位模塊，根據(jù)雙耳定位原理，可以精確定位出移動(dòng)物體輪椅與目標(biāo)護(hù)理床的位姿和運(yùn)動(dòng)方向，雙耳定位原理不僅能夠判定移動(dòng)物體的方位，同時(shí)也能夠判定移動(dòng)物體的遠(yuǎn)近。
[0028]當(dāng)超聲波直射到第一超聲波接收端B與第一超聲波接收端C的時(shí)間相等時(shí)，超聲波程序單元判定移動(dòng)輪椅處于繞機(jī)器人護(hù)理床中軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)；當(dāng)超聲波直射到第一超聲波接收端B與第一超聲波接收端C的時(shí)間變小時(shí)，超聲波程序單元判定移動(dòng)輪椅處于靠近機(jī)器人護(hù)理床中軸線方向移動(dòng)的狀態(tài)；當(dāng)超聲波直射接收第一超聲波接收端B與第一超聲波接收端C的時(shí)間變大時(shí)，超聲波程序單元判定移動(dòng)輪椅處于遠(yuǎn)離機(jī)器人護(hù)理床中軸線方向移動(dòng)的狀態(tài)；當(dāng)超聲波直射第二超聲波接收端E與第二超聲波接收端F的時(shí)間相等時(shí)，超聲波程序單元判定移動(dòng)輪椅處于平行于機(jī)器人護(hù)理床中軸線移動(dòng)的狀態(tài)；當(dāng)超聲波直射第二超聲波接收端E與第二超聲波接收端F的時(shí)間變小時(shí)，超聲波程序單元判定移動(dòng)輪椅處于平行靠近機(jī)器人護(hù)理床中軸線的狀態(tài)；當(dāng)超聲波直射接收第二超聲波接收端E與第二超聲波接收端F時(shí)間變大時(shí)，超聲波定位塊判定單元移動(dòng)輪椅處于平行遠(yuǎn)離機(jī)器人護(hù)理床中軸線的狀態(tài)。
[0029]本發(fā)明運(yùn)用兩耳定位原理，不需要通過計(jì)算，就能精確判定移動(dòng)物體輪椅的位姿和遠(yuǎn)近，提高了機(jī)器人護(hù)理床系統(tǒng)的定位精度和響應(yīng)速度。直到兩組超聲波接收時(shí)間差最小為止，此時(shí)超聲波發(fā)射傳感器和兩個(gè)超聲波接收傳感器趨于等腰三角形。本發(fā)明采用超聲波直射方式，只需比較超聲波傳輸時(shí)間，不用計(jì)算，避免了超聲波在空氣中的衰減較大、定位精度不高，定位距離短等問題，提高了超聲波傳感器的靈敏度和使用范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種智能護(hù)理床的自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)，該自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)定位出作為移動(dòng)物體的移動(dòng)輪椅相對(duì)于作為目標(biāo)的機(jī)器人護(hù)理床的位姿和運(yùn)動(dòng)方向，其特征在于，該自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)包括有兩組超聲波模塊，分別為第一超聲波模塊和第二超聲波模塊，第一超聲波模塊包括有一個(gè)第一超聲波發(fā)射端和兩個(gè)第一超聲波接收端，第二超聲波模塊包括有一個(gè)第二超聲波發(fā)射端和兩個(gè)第二超聲波接收端，在機(jī)器人護(hù)理床的側(cè)面中心軸線處安裝有所述的第一超聲波發(fā)射端，在第一超聲波發(fā)射端的兩側(cè)等距離位置處各設(shè)有一個(gè)所述的第二超聲波接收端，在移動(dòng)輪椅的側(cè)面中心軸線處安裝有所述的第二超聲波發(fā)射端，在第二超聲波發(fā)射端的兩側(cè)等距離位置處各設(shè)有一個(gè)所述的第一超聲波接收端；在機(jī)器人護(hù)理床和移動(dòng)輪椅上各設(shè)有一個(gè)發(fā)射與接收控制模塊，分別為機(jī)器人護(hù)理床發(fā)射與接收控制模塊和移動(dòng)輪椅發(fā)射與接收控制模塊，每個(gè)發(fā)射與接收控制模塊均設(shè)有超聲波程序單元，其中，機(jī)器人護(hù)理床發(fā)射與接收控制模塊分別連接第一超聲波發(fā)射端和第二超聲波接收端，移動(dòng)輪椅發(fā)射與接收控制模塊分別連接第二超聲波發(fā)射端和第一超聲波接收端，兩個(gè)發(fā)射與接收控制模塊上均設(shè)有用于相互通訊的無線部件，兩個(gè)無線部件完成機(jī)器人護(hù)理床和移動(dòng)輪椅之間的數(shù)據(jù)交換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)器人護(hù)理床中移動(dòng)輪椅的自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其特征在于，所述的無線部件為ISM頻段FSK收發(fā)模塊RFM12B。
3.一種利用權(quán)利要求1所述的自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)進(jìn)行定位導(dǎo)航的方法，其特征在于，該定位導(dǎo)航方法基于雙耳定位原理，分別獲取兩組超聲波模塊中超聲波發(fā)射端和超聲波接收端的超聲波傳輸時(shí)間，以使每組超聲波模塊中相應(yīng)的超聲波發(fā)射端和超聲波接收端形成等腰三角形布局，最終保持移動(dòng)輪椅在機(jī)器人護(hù)理床的中軸線上移動(dòng)，且移動(dòng)輪椅的側(cè)面與機(jī)器人護(hù)理床側(cè)面處 于平行狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的定位導(dǎo)航方法，其特征在于，所述的雙耳定位是指兩個(gè)第一超聲波接收端同時(shí)接收一個(gè)第一超聲波發(fā)射端的超聲波信號(hào)，以及兩個(gè)第二超聲波接收端同時(shí)接收一個(gè)第二超聲波發(fā)射端的超聲波信號(hào)，所述機(jī)器人護(hù)理床控制模塊分別連接并控制第一超聲波發(fā)射端和第二超聲波接收端，移動(dòng)輪椅控制模塊分別連接并控制第二超聲波發(fā)射端和第一超聲波接收端； 所述發(fā)射與接收控制模塊對(duì)超聲波發(fā)射端的控制方法是:無線部件發(fā)送同步碼，同步碼發(fā)送結(jié)束時(shí)由超聲波發(fā)射端發(fā)送超聲波信號(hào)，延時(shí)幾毫秒后，再由無線部件發(fā)送出要求反饋數(shù)據(jù)的命令，并由該無線部件接收到反饋數(shù)據(jù)后，由超聲波程序單元計(jì)算兩個(gè)超聲波接收端所反饋數(shù)據(jù)的時(shí)間差，并根據(jù)時(shí)間差向移動(dòng)輪椅發(fā)出調(diào)整姿勢(shì)的指令； 所述發(fā)射與接收控制模塊對(duì)超聲波接收端的控制方法是:當(dāng)無線部件接收到同步碼后，啟動(dòng)定時(shí)器，進(jìn)行兩路中斷定時(shí)，等待超聲波信號(hào)，當(dāng)收到超聲波信號(hào)后，兩路的信號(hào)定時(shí)中斷，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并等待無線反饋數(shù)據(jù)指令，收到無線反饋數(shù)據(jù)指令后，反饋數(shù)據(jù)給超聲波程序單元，該超聲波程序單元設(shè)置于發(fā)射與接收控制模塊中。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的定位導(dǎo)航方法，其特征在于，所述超聲波程序單元的判斷過程如下:當(dāng)超聲波直射到第一超聲波接收端B與第一超聲波接收端C的時(shí)間相等時(shí)，超聲波程序單元判定移動(dòng)輪椅處于繞機(jī)器人護(hù)理床中軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)；當(dāng)超聲波直射到第一超聲波接收端B與第一超聲波接收端C的時(shí)間逐漸變小時(shí)，超聲波程序單元判定移動(dòng)輪椅處于靠近機(jī)器人護(hù)理床中軸線方向移動(dòng)的狀態(tài)；當(dāng)超聲波直射接收第一超聲波接收端B與第一超聲波接收端C的時(shí)間逐漸變大時(shí)，超聲波程序單元判定移動(dòng)輪椅處于遠(yuǎn)離機(jī)器人護(hù)理床中軸線方向移動(dòng)的狀態(tài)； 當(dāng)超聲波直射第二超聲波接收端E與第二超聲波接收端F的時(shí)間相等時(shí)，超聲波程序單元判定移動(dòng)輪椅處于平行于機(jī)器人護(hù)理床中軸線移動(dòng)的狀態(tài)；當(dāng)超聲波直射第二超聲波接收端E與第二超聲波接收端F的時(shí)間逐漸變小時(shí)，超聲波程序單元判定移動(dòng)輪椅處于平行靠近機(jī)器人護(hù)理床中軸線的狀態(tài)；當(dāng)超聲波直射接收第二超聲波接收端E與第二超聲波接收端F時(shí)間逐漸變大時(shí)，超聲波定位塊判定單元移動(dòng)輪椅處于平行遠(yuǎn)離機(jī)器人護(hù)理床中軸線的狀態(tài) 。
【文檔編號(hào)】G01S5/18GK104020446SQ201410262802
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】金會(huì)慶, 宋揚(yáng), 金來, 徐兆紅, 史寶純 申請(qǐng)人:上海申磬產(chǎn)業(yè)有限公司, 金會(huì)慶, 宋揚(yáng), 金來