多智能体中两两之间的相对位置测量装置及方法

摘要

本发明公开了多智能体中两两之间的相对位置测量装置及方法，现有测量技术有红外测距、超声波测距、激光测距和摄像头测距，这些方法都有缺点，红外、超声波和激光测距无法区分相同个体，测量精度也受待测个体反射表面情况影响；摄像头测距无法在光线条件恶劣的环境中使用。本发明由处理器、红外发射阵列、无线传输模块、步进电机及接受阵列组成；通过红外信号的发射和接收实现两个个体间相对距离和相对方向的测量。本发明针对现有技术的缺点做出了改进，能够区分外形相同的不同个体，不受环境光线情况的影响，测量精度不受接受个体外形和材料影响，可以准确地测量出多个智能体中任意两个个体间的相对距离和相对方向。

说明书

技术领域

本发明属于非接触式测量领域，尤其涉及一种多智能体中两两之间的相对位置测量装置及方法。

背景技术

近些年来，随着机器人科技的迅猛发展，一个能够测量个体间相对位置的系统变得越来越重要。现有位置测量所用的技术主要有红外测距、超声波测距、激光测距和摄像头测距，但这些测量方法都有各自的缺点，红外、超声波和激光测距都无法对相同的个体进行区分，测量精度也受待测个体反射表面的情况影响；而摄像头测距对光线条件的依赖程度比较大，无法在黑暗、有烟雾等光线条件恶劣的环境中使用。

发明内容

本发明针对现在两个个体间相对位置难以准确测定的现状，提供一种一种多智能体中两两之间的相对位置测量装置及方法。

本发明包括主处理器、协处理器、粗发射阵列、精发射阵列、无线传输模块和旋转电机，接收阵列。主处理器发出指令控制协处理器，主处理器使能接收阵列，控制旋转电机旋转到正确的方位，控制无线通讯模块实现通讯功能；协处理器将发射二极管的发射信息发送给主处理器，接收阵列被主处理器使能后，接收红外编码信号，并将接收的编码信号交予主处理器处理；无线通讯模块将接收到的信息传输给主处理器；旋转电机模块通过编码盘将位置信号反馈给主处理器。

本发明为一个中心与电机输出轴连接的圆盘，圆盘边缘均匀分布着多个发散角度较大的红外信号发射二极管和发散角度较小的红外发射二极管，多个发散角度较大的红外信号发射二极管组成粗发射阵列，多个发散角度较小的红外信号发送二极管组成精发射阵列，每一个红外发射二极管均分配一个唯一编号；圆盘靠内侧的地方腾空架起多个均匀分布的红外信号接收管，组成接收阵列；圆盘上还设置有无线通讯模块。这样的结构构成了一个测量个体，可以实现多个个体集群中两两之间的相对位置测量。

本发明的功能通过以下步骤实现：第一个体中粗发射阵列中的每个发射二级管发射带有本身编号的红外编码信号；第二个体接收到红外编码信号后，通过无线通讯系统，将编码信号发回给第一个体；第一个体根据第二个体发回的编码信号，确定出第二个体在第一个体哪一个红外发射管的发射方向范围内；第二个体粗发射阵列中的每个发射二级管发射带有本身编号的红外编码信号；第一个体接收到红外编码信号后，通过无线通讯系统，将编码信号发回给第二个体；第二个体根据第一个体发回的编码信号，确定出第一个体在第二个体哪一个红外发射管的发射方向范围内；调整第一个体的旋转电机以及精发射阵列红外发射管的发射电流，在第二个体的方向范围内，每隔2°～8°测量出第二个体能够接收到第一个体红外信号时第一个体的最小发射电流，第一个体最小发射电流最小的那个方向就是第二个体相对第一个体的准确方向；第一个体通过旋转电机将一个红外接收管对准第二个体的方向，第二个体通过旋转电机将精发射阵列的一个红外发射管对准第一个体的方向；调整第二个体的旋转电机以及精发射阵列红外发射管的发射电流，在第一个体的方向范围内，每隔2°～8°测出第一个体能够接收到第二个体红外信号时第二个体的最小发射电流。在第一个体的方向范围内，最小发射电流最小的那个方向就是第一个体相对第二个体的准确方向。当两个个体都知道对方的准确方向后，通过两个个体的旋转电机使其中一个个体的红外发射管对准另一个个体的红外接收管，调整发射管的发射电流，使接收管恰好能正确接收发射管的红外信号；红外发射管的发射电流与接收管可以正确接收到红外信号的距离为一一对应的关系，知道了一个个体到另一个体的发射电流，可以通过查表的方式，得到两个个体之间的距离。通过这样的方法，可以测得多个个体之间任意两个个体的相对位置。

本发明有益效果：本发明可以准确地测量两个个体间的相对距离和相对方向，区分外形相同的不同个体，不受环境光线情况的影响，测量精度不受接收个体外形和材料影响。

附图说明

图1是本发明的基本结构图；

图2是本发明的基本示意图；

图3是红外发射管发射角度强度与接收管接收情况的示意图。

具体实施方式

下面根据附图详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。

如图1所示，本发明包括主处理器、协处理器、粗发射阵列、精发射阵列、无线传输模块和旋转电机，接收阵列。主处理器发出指令控制协处理器，协处理器将发射二极管的发射信息发送给主处理器；主处理器使能接收阵列，控制旋转电机旋转到正确的方位，控制无线通讯模块实现通讯功能；接收阵列被主处理器使能后，接收红外编码信号，并将接收的编码信号交予主处理器处理；无线通讯模块将接收到的信息传输给主处理器；旋转电机模块通过编码盘将位置信号反馈给主处理器。

如图2所示，a1、a2、a3、a4、a5、b1、b2、b3、b4、b5号管是发射角度为±25^o的红外信号发射管，c1、c2号管是发射角度为±10^o的红外信号发射管，发射管头部的两条线代表发射角度，每一个红外发射二极管均分配一个唯一编号。1、2、3、4、5、6号管是红外信号接收管。

下面以两个个体第一个体、第二个体为例进行说明。每个个体的发射角度为±25^o的10个红外信号发射管被分为两组，a1、a2、a3、a4、a5为一组，b1、b2、b3、b4、b5为一组，这两组发射管交替工作，可以实现对二维平面的完全覆盖。 

测量开始时，第一个体的a1、a2、a3、a4、a5号发射管先向四周发射带有本身编号信息的红外信号，发射完成后，b1、b2、b3、b4、b5号发射管再向四周发射具有本身编号信息的红外编码；第二个体的接收管正确接收到红外信号后，则通过无线通讯模块将接收到的编号信息发回给第一个体，第一个体根据第二个体发回的编号信号，确定出第二个体在第一个体哪一个红外发射管的发射方向范围内；这样，第一个体这就得到了第二个体的粗略方向。之后，使用同样的方法，第二个体也可以获得第一个体的粗略方向。

通过以上方法，假设第一个体已经知道第二个体的方向在第一个体的a1号发射管的发射范围内，而第二个体已经知道第一个体的方向在第二个体的a3号发射管的发射范围内。这时第一个体通过旋转电机旋转角度，将c1号发射管旋转到a1号管的发射边界X处，第二个体通过旋转电机将3号红外接收管旋转到3号管的发射范围中心Z处。然后第一个体调整c1号发射管的发射电流，记录下第二个体恰好可以正确接收到红外信号的最小发射电流，之后，旋转电机带动发射管c1从X向Y方向旋转，每隔2°～8°都记录下最小电流，直到a1号发射管的另外一个边界Y处。如图3所示，红外信号发射管发射的信号强度最强处位于正前方，向两边的方向依次减弱，当发射管正对接收管时，接收管能够正确接收到红外信号所需的发射电流最小，当两者之间没有正对时，需要加大发射电流才能使接收管正确接收到红外信号。因此将这些电流数据进行比较，电流最小的那个方向就是第二个体准确的方向。使用相同的方法，第二个体也可以测量出第一个体的准确方向。

当两个个体都测量出对方的准确方向时，通过旋转电机，第一个体将红外发射管c1对准第二个体的方向，第二个体将红外接收管1对准第一个体的方向。调整第一个体的c1发射管的发射电流，使第二个体的1号接收管恰好能够正确接收c1的红外信号。两个个体之间的距离信息可以通过c1的发射电流获得，红外信号的发射电流大小与接收方恰好能正确接收红外信号的距离为一一对应的关系，可以提前在测量环境中记录一组发射电流与发射距离的数据，制成表格，这样通过查表就可以得到两个个体之间的距离。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。