本发明属于声波定位技术领域，尤其涉及一种声波接收装置、声波发射装置及声波定位系统。
背景技术：
随着技术的发展，人们的生活越来越智能化，智能机器人的应用越来越多，特别是扫地机器人、服务机器人近年更是越来越普遍。利用声波的方式，可以为机器人定位和避障。
但是，现有的声波定位方法中，都是将声波接收装置(例如麦克风)安装在机器人装置中进行声源方向定位，这种方式不能得到机器人的准确位置。例如一现有技术中，如图1所示，使用机器人端放置双麦克风或者多麦克风方式，声源在充电座端，机器人位置1和机器人位置2与声源的距离相等。当机器人在识别到声源发出的声波信号时，只能识别到声源与机器人前进方向的角度信息，能够让机器人前进方向对准声源方向，并不能知道机器人的具体位置，如图1中机器人并不能知道自己是在位置1还是位置2。
因此，现有的声波定位方式仅能得到声源的方向和大致位置，不能实现精确定位。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明实施例提供了一种声波接收装置、声波发射装置及声波定位系统，以解决现有技术中声波定位存在的不能实现精确定位的问题。
本发明第一方面实施例的一种声波接收装置，包括：第一通信模块、第一处理器以及多个声波接收单元；其中，所述第一通信模块和每一个所述声波接收单元均与所述第一处理器连接；
所述第一通信模块，用于接收无线通信信号，以及记录对应的第一接收时刻；
所述声波接收单元，用于接收声波信号，以及记录对应的第二接收时刻；
所述第一处理器，用于获取并根据预设声波传输速度、所述第一接收时刻、以及每一个所述声波接收单元的预设位置信息和记录的第二接收时刻，计算得到声波发射装置的位置信息；
其中，所述无线通信信号和所述声波信号是由所述声波发射装置同时发射的。
本发明第一方面实施例的声波接收装置，接收到的无线通信信号和声波信号是由声波发射装置同时发射的，计算无线通信信号接收的时间和各个声波接收单元接收到声波信号的时间差异，忽略短距离上无线通信的时间，即可定位空间上的任一一点声波发射装置的位置。
在本发明的一些实施例中，所述第一处理器，具体用于：
针对每一个所述声波接收单元，计算该声波接收单元记录的第二接收时刻与所述第一接收时刻之间的时间差值；
根据所述时间差值和预设声波传输速度，计算得到每一个所述声波接收单元与所述声波发射装置之间的距离；
根据每一个所述声波接收单元对应的预设位置信息以及所述距离，计算得到所述声波发射装置的位置信息。
在本发明的一些实施例中，所述声波接收装置还包括：
第一制图模块，用于根据所述声波发射装置的位置信息绘制环境地图。
在本发明的一些实施例中，所述声波接收单元为麦克风。
本发明第二方面实施例的声波发射装置，包括：声源模块、第二处理器以及第二通信模块；其中，所述第二通信模块和所述声源模块均与所述第二处理器连接；
所述声源模块，用于发射声波信号；
所述第二通信模块，用于发射无线通信信号；
所述第二处理器，用于控制所述声源模块和所述第二通信模块同时发射声波信号和无线通信信号。
在本发明的一些实施例中，所述声波发射装置还包括：
第二制图模块，用于获取所述声波发射装置的位置信息，并根据所述声波发射装置的位置信息绘制环境地图。
本发明第二方面实施例的声波发射装置，同时发射无线通信信号和声波信号，使得声波接收装置可以在计算无线通信信号接收的时间和各个声波接收单元接收到声波信号的时间差异时，忽略短距离上无线通信的时间，即可定位空间上的任一一点声波发射装置的位置。
本发明第三方面实施例的一种声波定位系统，包括第一方面的声波接收装置及第二方面的声波发射装置。
本发明的一些实施例中，所述声波接收装置设置在移动物体上，所述声波发射装置设置在一固定位置。
本发明的一些实施例中，所述声波发射装置设置在移动物体上，所述声波接收装置设置在一固定位置。
本发明的一些实施例中，所述声波接收装置和所述声波发射装置之间的距离在预设距离范围内。
本发明第三方面实施例的声波定位系统，声波接收装置接收到的无线通信信号和声波信号是由声波发射装置同时发射的，计算无线通信信号接收的时间和各个声波接收单元接收到声波信号的时间差异，忽略短距离上无线通信的时间，即可定位空间上的任一一点声波发射装置的位置。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
附图1示出了现有的一种声波定位系统的结构示意图；
附图2示出了本发明的一种声波接收装置的结构示意图；
附图3示出了本发明的一种声波发射装置的结构示意图；
附图4示出了本发明的一种声波定位系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明提出了一种声波接收装置、声波发射装置及声波定位系统，声波发射装置同时发射无线通信信号和声波信号，由于无线通信信号为电磁波信号，其传输速度远大于声波信号的传输速度，因此可以忽略短距离上无线通信的时间。声波接收装置接收到无线通信信号和声波信号后，可以直接计算无线通信信号接收的时间和各个声波接收单元接收到声波信号的时间差异，乘以声波信号的传输速度可以得到各个声波接收单元到声波发射装置之间的距离。由于各个声波接收单元的位置信息已知，从而可以准确计算出声波发射装置的位置信息。
实施例一
如图2所示，本发明的一种声波接收装置100，包括：第一通信模块110、第一处理器120以及多个声波接收单元130；其中，所述第一通信模块110和每一个所述声波接收单元130均与所述第一处理器120连接。
所述第一通信模块110，用于接收无线通信信号，以及记录对应的第一接收时刻；
所述声波接收单元130，用于接收声波信号，以及记录对应的第二接收时刻；具体的，该声波接收单元130可以包括麦克风等声电转换器。
所述第一处理器120，用于获取并根据预设声波传输速度、所述第一接收时刻、以及每一个所述声波接收单元的预设位置信息和记录的第二接收时刻，计算得到声波发射装置的位置信息；
具体的，预设声波传输速度可以根据声波传输环境的温度、气压等物理指标，通过查表获得，通常情况下，空间中声波的速度为340m/s。而电磁波的传播速度为3*10^8m/s。每一个所述声波接收单元的预设位置信息是提前设定的。
本实施例中，上述无线通信信号和声波信号是由所述声波发射装置同时发射的，该无线通信信号作为时间同步的标致信号。当然，第一通信模块110也可以作为通信单元实现与其它无线通信模块之间的相互通信。
在本实施例的一具体实施方式中，所述第一处理器120，具体用于：
针对每一个声波接收单元，计算该声波接收单元记录的第二接收时刻与所述第一接收时刻之间的时间差值；
根据所述时间差值和预设声波传输速度，计算得到每一个所述声波接收单元与所述声波发射装置之间的距离；
根据每一个所述声波接收单元对应的预设位置信息以及所述距离，计算得到所述声波发射装置的位置信息。
在本实施例的一具体实施方式中，所述声波接收装置100还可以包括：
第一制图模块140，用于根据所述声波发射装置的位置信息绘制环境地图。该第一制图模块140可以单独设置，也可以集成于第一处理器120中。声波接收单元130的数量可以根据需要绘制地图的类型进行设置，例如，绘制平面地图，则需要至少设置两个声波接收单元；如果绘制空间地图，则需要至少设置三个声波接收单元。
下面以一个具体实施例对上述声波接收装置进行进一步介绍。
声波发射装置同时发射一声波信号和无线通信信号，声波接收装置上的第一通信模块110和多个声波接收单元130分别接收到声波发射装置上发射的无线通信信号和声波信号，并记录接收时刻，并将各自的接收时刻发送至第一处理器120。空间中声波的速度为340m/s，而无线电波的速度为3*10^8m/s。在家庭室内环境中，由于通信距离比较近，一般小于15m，无线电波的传输时间为5*10^(-8)m/s，即0.5ns；而声波的传输时间为15/340＝44.1ms，远大于0.5ns这一级别。利用这一原理，声波发射模块同时发送声波信号和无线通信信号，在声波接收装置中计算无线通信信号接收的时间和各个声波接收单元接收到声波信号的时间差异。忽略短距离上无线通信的时间，即可定位空间上的任一一点声源的位置。假设声波发射装置上声源在空间中的位置为o(x，y，z)，声波接收装置上设置的三个声波接收单元对应三个位置固定点a(a1,b1,c1)，b(a2,b2,c2)，c(a3,b3,c3)，选择声波接收装置上任一一点为原点，则a、b、c的位置为已知(也可以选择a点为原点)。时刻t时，声波接收装置接收到无线通信信号，a、b、c接收到声波信号的时刻分别为ta、tb、tc。根据以下公式：
利用以上3个方程解三个未知数x、y、z，即可求出o点在空间中的位置。若声波接收装置设置在移动物体上，在物体移动过程中持续进行以上过程，即可得到一连串离散的点，将以上所有点连续起来，即可知道移动物体的运动轨迹，第一制图模块140根据运动轨迹可以制作环境地图，进而根据环境地图实现导航。
本发明实施例的声波接收装置，接收到的无线通信信号和声波信号是由声波发射装置同时发射的，计算无线通信信号接收的时间和各个声波接收单元接收到声波信号的时间差异，忽略短距离上无线通信的时间，即可定位空间上的任一一点声波发射装置的位置。
实施例二
本发明实施例还提供了一种与声波接收装置100配合使用的声波发射装置200。如图3所示，该声波发射装置200包括：声源模块210、第二处理器220以及第二通信模块230；其中，所述第二通信模块230和所述声源模块210均与所述第二处理器220连接；
所述声源模块210，用于发射声波信号；该声源模块可以是喇叭等电声转换器，该声源模块可以包括以下各项中的至少一种：次声波发射单元、声波发射单元和超声波发射单元，也就是说以上声源可以是次声波、声波、超声波。
所述第二通信模块230，用于发射无线通信信号；该通信模块也可以用于接收通信信号。
所述第二处理器220，用于控制所述声源模块210和所述第二通信模块230同时发射声波信号和无线通信信号。
在本实施例的一具体实施方式中，所述声波发射装置200还可以包括：
第二制图模块240，用于获取所述声波发射装置的位置信息，并根据所述声波发射装置的位置信息绘制环境地图。实际应用中，可以通过第二通信模块230接收声波接收装置通过通信模块发送的声波发射装置的位置信息，以进行环境地图绘制。
本发明实施例的声波发射装置，同时发射无线通信信号和声波信号，使得声波接收装置可以在计算无线通信信号接收的时间和各个声波接收单元接收到声波信号的时间差异时，忽略短距离上无线通信的时间，即可定位空间上的任一一点声波发射装置的位置。
实施例3
基于上述实施例一和实施例二，本发明实施例还提供了一种声波定位系统，如图4所示，包括以上实施例一中的声波接收装置100及实施例二中的声波发射装置200。
在本实施例的一具体实施方式中，所述声波接收装置100设置在移动物体上，例如设置在扫地机器人上。所述声波发射装置200设置在一固定位置，例如设置在扫地机器人充电桩上。
在本实施例的一具体实施方式中，所述声波发射装置200还可以设置在移动物体上，例如设置在扫地机器人上。所述声波接收装置100设置在一固定位置，例如设置在扫地机器人充电桩上。
在本实施例的一具体实施方式中，所述声波接收装置100和所述声波发射装置200之间的距离在预设距离范围内。因为，当声波接收装置100和声波发射装置200之间的距离过大时，将无法忽略长距离上无线通信的时间，因此需要将声波接收装置100和声波发射装置200之间的距离设置在一定的距离范围内，以保证计算声波发射装置位置的准确性。
以家用扫地机应用为例，具体实施步骤如下：
第一步：扫地机(扫地机器人的简称)端放置声波发射装置，充电座端在固定位置安装声波接收装置，该声波接收装置中的声波接收单元数量为三个；
第二步：扫地机需要知道自己位置时，处理器控制同时发送无线通信信号和声波信号；
第三步：充电座在接收到无线通信信号后分别开始计时声波信号到达三个声波接收单元的时间差；
第四步：充电座根据预设公式计算声源的位置，从而得到扫地机的位置，并将扫地机的位置信息通过无线通信方式发送给扫地机；
第五步：扫地机根据自身的位置信息，就可以实现室内地图建立、行动路径跟踪、清扫导航、自动回充等功能。
通过本方案，可以建立扫地机与充电座之间的空间对应关系，进而根据扫地机的运动路径建立平面或者空间地图。根据地图建立清扫策略。本方案可以较低成本的方式实现精确定位扫地机与充电座的位置关系，包括方向和距离。
本发明实施例的声波定位系统中，声波接收装置接收到的无线通信信号和声波信号是由声波发射装置同时发射的，计算无线通信信号接收的时间和各个声波接收单元接收到声波信号的时间差异，忽略短距离上无线通信的时间，即可定位空间上的任一一点声波发射装置的位置。
本发明可以利用声波实现定位和导航，低成本，高精度。
需要说明的是：
在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟装置或者其它设备有固有相关。各种通用装置也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类装置所要求的结构是显而易见的。此外，本申请也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本申请的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本申请的最佳实施方式。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本申请的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本申请并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本申请的示例性实施例的描述中，本申请的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本申请要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本申请的单独实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
本申请的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(dsp)来实现根据本申请实施例的虚拟机的创建装置中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本申请还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本申请的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
应该注意的是上述实施例对本申请进行说明而不是对本申请进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本申请可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
1.一种声波接收装置，其特征在于，包括：第一通信模块、第一处理器以及多个声波接收单元；其中，所述第一通信模块和每一个所述声波接收单元均与所述第一处理器连接；
所述第一通信模块，用于接收无线通信信号，以及记录对应的第一接收时刻；
所述声波接收单元，用于接收声波信号，以及记录对应的第二接收时刻；
所述第一处理器，用于获取并根据预设声波传输速度、所述第一接收时刻、以及每一个所述声波接收单元的预设位置信息和记录的第二接收时刻，计算得到声波发射装置的位置信息；
其中，所述无线通信信号和所述声波信号是由所述声波发射装置同时发射的。
2.根据权利要求1所述的声波接收装置，其特征在于，所述第一处理器，具体用于：
针对每一个所述声波接收单元，计算该声波接收单元记录的第二接收时刻与所述第一接收时刻之间的时间差值；
根据所述时间差值和预设声波传输速度，计算得到每一个所述声波接收单元与所述声波发射装置之间的距离；
根据每一个所述声波接收单元对应的预设位置信息以及所述距离，计算得到所述声波发射装置的位置信息。
3.根据权利要求1所述的声波接收装置，其特征在于，所述声波接收装置还包括：
第一制图模块，用于根据所述声波发射装置的位置信息绘制环境地图。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的声波接收装置，其特征在于，所述声波接收单元为麦克风。
5.一种声波发射装置，其特征在于，包括：声源模块、第二处理器以及第二通信模块；其中，所述第二通信模块和所述声源模块均与所述第二处理器连接；
所述声源模块，用于发射声波信号；
所述第二通信模块，用于发射无线通信信号；
所述第二处理器，用于控制所述声源模块和所述第二通信模块同时发射声波信号和无线通信信号。
6.根据权利要求5所述的声波发射装置，其特征在于，所述声波发射装置还包括：
第二制图模块，用于获取所述声波发射装置的位置信息，并根据所述声波发射装置的位置信息绘制环境地图。
7.一种声波定位系统，其特征在于，包括权利要求1至4中任一项所述的声波接收装置及权利要求5至6中任一项所述的声波发射装置。
8.根据权利要求7所述的声波定位系统，其特征在于，所述声波接收装置设置在移动物体上，所述声波发射装置设置在一固定位置。
9.根据权利要求7所述的声波定位系统，其特征在于，所述声波发射装置设置在移动物体上，所述声波接收装置设置在一固定位置。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的声波定位系统，其特征在于，所述声波接收装置和所述声波发射装置之间的距离在预设距离范围内。
技术总结