本實(shí)用新型屬于電子信息技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種位移變化監(jiān)測(cè)裝置，尤其涉及一種空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)裝置；同時(shí)，本實(shí)用新型還涉及一種利用上述空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)裝置技術(shù)的掃地機(jī)器人。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，電子產(chǎn)品的種類日漸豐富。電子產(chǎn)品的控制方式通常是利用遙控器控制。

近年來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)、動(dòng)作感應(yīng)技術(shù)出現(xiàn)在了一些游戲設(shè)備中；現(xiàn)有的控制方式通常采用機(jī)器視覺(jué)做姿態(tài)和位移檢測(cè)；此類方法在虛擬現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用較廣，但存在諸多缺點(diǎn)，例如采用3D攝像頭和結(jié)構(gòu)光的機(jī)器視覺(jué)方案，其硬件成本高，功耗高，并對(duì)使用場(chǎng)合的光線，場(chǎng)所的大小，是否有遮擋，檢測(cè)的距離等都有要求，這些要求限制了此種技術(shù)的普及。其他例如飛鼠，體感槍，在不借助外置攝像頭時(shí)，只能由內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)傳感器做旋轉(zhuǎn)角度變化的檢測(cè)，由于無(wú)法解決位移計(jì)算的誤差累積，而不能做位移運(yùn)動(dòng)時(shí)的距離量化跟蹤，此類方法對(duì)于有位移要求的姿態(tài)檢測(cè)，無(wú)法很好的解決問(wèn)題。

有鑒于此，如今迫切需要設(shè)計(jì)一種空間相對(duì)位移變化的感知方式，以便克服現(xiàn)有感知方式存在的上述缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)裝置，可精確獲取空間內(nèi)兩物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以及位置變化。

此外，本實(shí)用新型還提供一種掃地機(jī)器人，可精確獲取掃地機(jī)器人在房間中的位置，并能記錄已經(jīng)清掃的區(qū)域。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

一種空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述監(jiān)測(cè)裝置包括：設(shè)置于 第一裝置的第一處理器、第一電脈沖機(jī)構(gòu)、第一超聲波機(jī)構(gòu)，設(shè)置于第二裝置的第二處理器、第二電脈沖機(jī)構(gòu)、至少三個(gè)中心不共線的第二超聲波機(jī)構(gòu)；第一處理器分別連接第一電脈沖機(jī)構(gòu)、第一超聲波機(jī)構(gòu)，第二處理器分別連接第二電脈沖機(jī)構(gòu)、各第二超聲波機(jī)構(gòu)；其中，第一裝置或/和第二裝置為移動(dòng)裝置；

所述第一電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖發(fā)生器，第二電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖接收器；或者，所述第一電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖接收器，第二電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖發(fā)生器；

所述第一超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器，第二超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器；或者，所述第一超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器，第二超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器；

所述超聲波接收器連接計(jì)時(shí)器；超聲波發(fā)生器用以發(fā)送超速波脈沖，電脈沖發(fā)生器用以發(fā)送同步用電脈沖；電脈沖接收器用以接收電脈沖，超聲波接收器用以接收超聲波發(fā)生器發(fā)送的超聲波，計(jì)時(shí)器用以計(jì)時(shí)。

作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，所述監(jiān)測(cè)裝置還包括位置輔助判斷機(jī)構(gòu)；所述位置輔助判斷機(jī)構(gòu)包括第三超聲波機(jī)構(gòu)、第三電脈沖機(jī)構(gòu)、第三計(jì)時(shí)器，第三超聲波機(jī)構(gòu)的中心與上述至少三個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)中心不共面；第三超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)配合；

所述第三電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖發(fā)生器，第一電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖接收器；或者，所述第三電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖接收器，第一電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖發(fā)生器；

所述第三超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器，第一超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器；或者，所述第三超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器，第一超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器。

作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，所述監(jiān)測(cè)裝置還包括轉(zhuǎn)動(dòng)角度獲取模塊；所述轉(zhuǎn)動(dòng)角度獲取模塊設(shè)置于移動(dòng)裝置，運(yùn)動(dòng)傳感器包括加速度計(jì)、陀螺儀、磁場(chǎng)計(jì)中的一種或多種。

作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，所述第一超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器，第二超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器；第一時(shí)間同步機(jī)構(gòu)為電脈沖發(fā)生器，第二時(shí)間同步機(jī)構(gòu)為電脈沖接收器。

作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，所述第一超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器，第二超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器；第一時(shí)間同步機(jī)構(gòu)為電脈沖接收器，第二時(shí)間同步機(jī)構(gòu)為電脈沖發(fā)生器。

作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，所述第一處理器或/和第二處理器還連接時(shí)序控制器。

一種掃地機(jī)器人，所述掃地機(jī)器人包括：殼體、清掃機(jī)構(gòu)、控制電路、空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)裝置，所述控制電路分別連接清掃機(jī)構(gòu)、空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)裝置；

所述清掃機(jī)構(gòu)包括吸塵器；

所述空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)裝置包括：設(shè)置于所述殼體內(nèi)或殼體外的第一處理器、第一電脈沖機(jī)構(gòu)、第一超聲波機(jī)構(gòu)，設(shè)置于所述殼體外、固定設(shè)置的第二處理器、第二電脈沖機(jī)構(gòu)、至少三個(gè)中心不共線的第二超聲波機(jī)構(gòu)；第一處理器分別連接第一電脈沖機(jī)構(gòu)、第一超聲波機(jī)構(gòu)，第二處理器分別連接第二電脈沖機(jī)構(gòu)、各第二超聲波機(jī)構(gòu)；

所述第一電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖發(fā)生器，第二電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖接收器；或者，所述第一電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖接收器，第二電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖發(fā)生器；

所述第一超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器，第二超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器；或者，所述第一超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器，第二超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器；

所述超聲波接收器連接計(jì)時(shí)器；超聲波發(fā)生器用以發(fā)送超速波脈沖，電脈沖發(fā)生器用以發(fā)送同步用電脈沖；電脈沖接收器與電脈沖發(fā)生器配合，用以接收電脈沖，超聲波接收器與超聲波發(fā)生器配合，用以接收超聲波發(fā)生器發(fā)送的超聲波，計(jì)時(shí)器用以計(jì)時(shí)。

作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，所述掃地機(jī)器人還包括設(shè)置于殼體周邊的紅外線感應(yīng)器，各紅外線感應(yīng)器連接控制電路。

作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，所述監(jiān)測(cè)裝置還包括位置輔助判斷機(jī)構(gòu)；所述位置輔助判斷機(jī)構(gòu)包括第三超聲波機(jī)構(gòu)、第三電脈沖機(jī)構(gòu)、第三計(jì)時(shí)器，第三超聲波機(jī)構(gòu)的中心與上述至少三個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)中心不共面；第三超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)配合；

所述第三電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖發(fā)生器，第一電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖接收器；或者，所述第三電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖接收器，第一電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖發(fā)生器；

所述第三超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器，第一超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器；或 者，所述第三超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器，第一超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器。

作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，所述監(jiān)測(cè)裝置還包括轉(zhuǎn)動(dòng)角度獲取模塊；所述轉(zhuǎn)動(dòng)角度獲取模塊設(shè)置于移動(dòng)裝置，運(yùn)動(dòng)傳感器包括加速度計(jì)、陀螺儀、磁場(chǎng)計(jì)中的一種或多種。

本實(shí)用新型的有益效果在于：本實(shí)用新型提出的空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)裝置，可精確獲取空間內(nèi)兩物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以及位置變化。本實(shí)用新型提出的掃地機(jī)器人，可精確獲取掃地機(jī)器人在房間中的位置，并能記錄已經(jīng)清掃的區(qū)域。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的原理示意圖。

圖2為本實(shí)用新型系統(tǒng)中距離計(jì)算的原理示意圖。

圖3為本實(shí)用新型系統(tǒng)中時(shí)間同步的原理示意圖。

圖4為本實(shí)用新型系統(tǒng)中位置輔助判斷機(jī)構(gòu)(第二位置確定單元)的原理示意圖。

圖5為本實(shí)用新型系統(tǒng)中時(shí)間同步的原理示意圖(五路信號(hào))。

圖6為利用余玄定律計(jì)算示意圖。

圖7為本實(shí)用新型系統(tǒng)中距離計(jì)算的原理示意圖。

圖8為本實(shí)用新型系統(tǒng)中時(shí)間同步的原理示意圖(四路信號(hào))。

圖9為本實(shí)用新型監(jiān)測(cè)裝置中發(fā)生器的組成示意圖。

圖10為本實(shí)用新型監(jiān)測(cè)裝置中接收器的組成示意圖。

圖11為實(shí)施例七中包含多個(gè)第二裝置的監(jiān)測(cè)裝置的組成示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例。

實(shí)施例一

請(qǐng)參閱圖1、圖9、圖10，本實(shí)用新型揭示了一種空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)裝置，所述監(jiān)測(cè)裝置包括：設(shè)置于第一裝置103的第一處理器、第一電脈沖機(jī)構(gòu)、 第一超聲波機(jī)構(gòu)，設(shè)置于第二裝置101的第二處理器、第二電脈沖機(jī)構(gòu)、至少三個(gè)中心不共線的第二超聲波機(jī)構(gòu)，位置輔助判斷機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)動(dòng)角度獲取模塊；其中，第一裝置或/和第二裝置為移動(dòng)裝置。第一處理器分別連接第一電脈沖機(jī)構(gòu)、第一超聲波機(jī)構(gòu)，第二處理器分別連接第二電脈沖機(jī)構(gòu)、各第二超聲波機(jī)構(gòu)。所述第一處理器或/和第二處理器還可以連接時(shí)序控制器。

本實(shí)施例中，所述第二電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖接收器，第一電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖發(fā)生器；所述第二超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器102-a、102-b、102-c，第一超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器104。如，第二裝置可以為VR頭顯，相應(yīng)地，第一裝置為人機(jī)交互輸入控制器(第一裝置、第二裝置均運(yùn)動(dòng)，接收、發(fā)送端均運(yùn)動(dòng))。

所述超聲波接收器連接計(jì)時(shí)器；超聲波發(fā)生器用以發(fā)送超速波脈沖，電脈沖發(fā)生器用以發(fā)送同步用電脈沖，以同步各個(gè)超聲波接收器的計(jì)時(shí)器；電脈沖接收器用以接收電脈沖，超聲波接收器用以接收超聲波發(fā)生器發(fā)送的超聲波，計(jì)時(shí)器用以計(jì)時(shí)。

所述位置輔助判斷機(jī)構(gòu)包括第三超聲波機(jī)構(gòu)、第三電脈沖機(jī)構(gòu)、第三計(jì)時(shí)器，第三超聲波機(jī)構(gòu)的中心與上述至少三個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)中心不共面；第三超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)配合。

所述第三電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖發(fā)生器，第一電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖接收器；或者，所述第三電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖接收器，第一電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖發(fā)生器。所述第三超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器，第一超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器；或者，所述第三超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器，第超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器。

所述轉(zhuǎn)動(dòng)角度獲取模塊設(shè)置于移動(dòng)裝置，運(yùn)動(dòng)傳感器包括加速度計(jì)、陀螺儀、磁場(chǎng)計(jì)中的一種或多種。

實(shí)施例二

本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于，本實(shí)施例中，所述第二電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖發(fā)生器，第一電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖接收器；所述第二超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器，第一超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器。

實(shí)施例三

本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于，本實(shí)施例中，第一裝置可以為電視，第二裝置可以為遙控設(shè)備(第一裝置不動(dòng)，第二裝置運(yùn)動(dòng)；接收端不動(dòng)，發(fā)送端運(yùn)動(dòng))；第一裝置也可以為遙控裝置，第二裝置為電視(第一裝置運(yùn)動(dòng)，第二裝置不動(dòng)；接收端運(yùn)動(dòng)，發(fā)送端不動(dòng))。

實(shí)施例四

一種空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)裝置，所述監(jiān)測(cè)裝置包括：設(shè)置于第一裝置的第一電脈沖機(jī)構(gòu)、第一超聲波機(jī)構(gòu)，設(shè)置于第二裝置的第二電脈沖機(jī)構(gòu)、至少三個(gè)中心不共線的第二超聲波機(jī)構(gòu)；其中，第一裝置或/和第二裝置為移動(dòng)裝置；

所述第一電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖發(fā)生器，第二電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖接收器；或者，所述第一電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖接收器，第二電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖發(fā)生器；

所述第一超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器，第二超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器；或者，所述第一超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器，第二超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器；

所述超聲波接收器連接計(jì)時(shí)器；超聲波發(fā)生器用以發(fā)送超速波脈沖，電脈沖發(fā)生器用以發(fā)送同步用電脈沖，以同步各個(gè)超聲波接收器的計(jì)時(shí)器；電脈沖接收器用以接收電脈沖，超聲波接收器用以接收超聲波發(fā)生器發(fā)送的超聲波，計(jì)時(shí)器用以計(jì)時(shí)。

實(shí)施例五

本實(shí)用新型還揭示一種掃地機(jī)器人，所述掃地機(jī)器人包括：殼體、清掃機(jī)構(gòu)、控制電路、空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)裝置，所述控制電路分別連接清掃機(jī)構(gòu)、空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)裝置；所述清掃機(jī)構(gòu)包括吸塵器。

所述空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)裝置包括：設(shè)置于所述殼體內(nèi)或殼體外的第一電脈沖機(jī)構(gòu)、第一超聲波機(jī)構(gòu)，設(shè)置于所述殼體外、固定設(shè)置的第二電脈沖機(jī)構(gòu)、至少三個(gè)中心不共線的第二超聲波機(jī)構(gòu)。

所述第一電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖發(fā)生器，第二電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖接收器；或者，所述第一電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖接收器，第二電脈沖機(jī)構(gòu)為電脈沖發(fā)生器。

所述第一超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器，第二超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器；或者，所述第一超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器，第二超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波發(fā)生器。

所述超聲波接收器連接計(jì)時(shí)器；超聲波發(fā)生器用以發(fā)送超速波脈沖，電脈沖發(fā)生器用以發(fā)送同步用電脈沖，以同步各個(gè)超聲波接收器的計(jì)時(shí)器；電脈沖接收器用以接收電脈沖，超聲波接收器用以接收超聲波發(fā)生器發(fā)送的超聲波，計(jì)時(shí)器用以計(jì)時(shí)。

實(shí)施例六

本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于，本實(shí)施例中，所述超聲波接收器連接計(jì)時(shí)器，在時(shí)序控制器模塊的控制下，在超聲波發(fā)生器發(fā)送超聲波脈沖時(shí)，或發(fā)送前設(shè)定的固定短時(shí)間內(nèi)，電脈沖發(fā)生器發(fā)送同步用電脈沖(包括但不限于無(wú)線電波、可見(jiàn)光、不可見(jiàn)光，不可見(jiàn)光例如紅外光線)，以同步各個(gè)超聲波接收器的計(jì)時(shí)器；電脈沖接收器在收到電脈沖后，在時(shí)序控制模塊的控制下，清零計(jì)時(shí)器，同時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)，在接收到超聲波脈沖后停止計(jì)時(shí)器，通過(guò)獲得計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)值、即時(shí)間T。計(jì)時(shí)器的計(jì)數(shù)值達(dá)到設(shè)定的特定閾值數(shù)值后將不再計(jì)數(shù)，此設(shè)定值用以表示超聲波接收器由于某些原因沒(méi)有成功檢測(cè)到超聲波脈沖，計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)值為無(wú)效值，此路超聲波接收器在此次檢測(cè)工作為無(wú)效。

所述距離計(jì)算模塊用以計(jì)算各個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間的距離，通過(guò)各個(gè)計(jì)時(shí)器獲取的時(shí)間T乘以超聲波在空氣中的傳播速度V，得到超聲波接收器和超聲波發(fā)生器之間的距離S，距離S＝速度V*時(shí)間T。

超聲波在25攝氏度空氣中的傳播速度V近似于346米/秒。空氣中音速與溫度的關(guān)系式：V＝331×根號(hào)(1+T/273)(m/S)；其中，T：是攝氏溫度；V：在T℃時(shí)的音速。由于測(cè)量的距離在幾米內(nèi)，速度隨溫度的變化對(duì)整體精度的影響可以忽略。

所述實(shí)時(shí)位置確定模塊包括第一位置確定單元、第二位置確定單元。所述第一位置確定單元用以根據(jù)各第二超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間的距離、三個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)的位置，確定第一裝置與第二裝置之間的初步位置關(guān)系。

請(qǐng)參閱圖2、圖3，聲音在25攝氏度空氣中傳播速度約為346米每秒的常量， 電信號(hào)在空氣中傳播速度約為30萬(wàn)公里每秒的常量；電信號(hào)由裝載有超聲波發(fā)生器104的第一裝置103到達(dá)第二裝置101的超聲波接收器102-a和超聲波接收器102-b位置的時(shí)間為納秒級(jí)別，由于兩者的放置距離較近，產(chǎn)生的時(shí)間差接近為0，在此發(fā)明中對(duì)精度的影響微乎其微，可忽略；本發(fā)明中第二裝置101僅需裝載一路同步電脈沖接收器。

超聲波發(fā)生器104發(fā)出同步電脈沖(電信號(hào)包括但不限于無(wú)線電波、可見(jiàn)光、非可見(jiàn)光，非可見(jiàn)光例如紅外光線)的同時(shí)發(fā)出超聲波脈沖；超聲波發(fā)生器104發(fā)出的超聲波到達(dá)超聲波接收器102-a(三角形頂點(diǎn))經(jīng)歷時(shí)間為Ta；超聲波發(fā)生器104發(fā)出的超聲波到達(dá)超聲波接收器102-b(三角形頂點(diǎn))經(jīng)歷時(shí)間為Tb；計(jì)算獲得超聲波發(fā)生器104(三角形頂點(diǎn))和超聲波接收器102-a距離Sa為346米/秒*Ta；計(jì)算獲得超聲波發(fā)生器104和超聲波接收器102-b距離Sb為346米/秒*Tb；三角形頂點(diǎn)超聲波接收器102-a和超聲波接收器102-b間距離Sab已知；通過(guò)三角形的余玄定律，三角形頂點(diǎn)超聲波發(fā)生器104的在二維平面的坐標(biāo)可以計(jì)算獲得。

所謂“余玄定律”請(qǐng)參閱圖6，圖6中三角形ABC，由頂點(diǎn)A,B,C，簡(jiǎn)稱為角A，B，C，和相應(yīng)對(duì)邊a,b,c構(gòu)成；以頂點(diǎn)C在坐標(biāo)原點(diǎn)，頂點(diǎn)A在X軸上為例，有如下關(guān)系：

a^2＝b^2+c^2-2bc*cos(A)；

b^2＝c^2+a^2-2ac*cos(B)；

c^2＝a^2+b^2-2ab*cos(C)。

繼續(xù)推導(dǎo)可獲得：

cos(C)＝(a^2+b^2–c^2)/(2*a*b)；

B點(diǎn)坐標(biāo)：

X＝a*cos(C)；

Y＝a*sin(C)，Y有正負(fù)兩種可能值，可通過(guò)其他約束條件進(jìn)行結(jié)果的進(jìn)一步過(guò)濾。

在此二維平面中，也可設(shè)置如下方程式來(lái)獲得B點(diǎn)坐標(biāo)：

(X-0)^2+(Y-0)^2＝a^2；

(X-b)^2+(Y-0)^2＝c^2；

得到和上述余玄定律同樣的結(jié)果。

請(qǐng)參閱圖7、圖8，超聲波發(fā)生器104發(fā)出同步電脈沖(電信號(hào))的同時(shí)發(fā)出超聲波脈沖；超聲波發(fā)生器104(三角體頂點(diǎn)O)發(fā)出的超聲波到達(dá)超聲波接收器102-a(三角體頂點(diǎn)A)經(jīng)歷時(shí)間為Toa；超聲波發(fā)生器104發(fā)出的超聲波到達(dá)超聲波接收器102-b(三角體頂點(diǎn)B)經(jīng)歷時(shí)間為Tob；超聲波發(fā)生器104發(fā)出的超聲波到達(dá)超聲波接收器102-c(三角體頂點(diǎn)C)經(jīng)歷時(shí)間為Toc；計(jì)算獲得超聲波發(fā)生器104(三角體頂點(diǎn)O)和超聲波接收器102-a距離Soa為346米/秒*Ta；計(jì)算獲得超聲波發(fā)生器104和超聲波接收器102-b距離Sob為346米/秒*Tb；計(jì)算獲得超聲波發(fā)生器104和超聲波接收器102-c距離Soc為346米/秒*Tc；通過(guò)余玄定律可知，三角形頂點(diǎn)超聲波接收器102-a和超聲波接收器102-b間距離Sab已知；三角形頂點(diǎn)超聲波接收器102-a和超聲波接收器102-c間距離Sac已知；三角形頂點(diǎn)超聲波接收器102-b和超聲波接收器102-c間距離Sbc已知；

在此三維空間中，頂點(diǎn)A,B,C的坐標(biāo)已知，分別為A(Ax,Ay,Az),B(Bx,By,Bz),C(Cx,Cy,Cz)；設(shè)置頂點(diǎn)O坐標(biāo)為待求值O(x,y,z)，可成立如下方程式組獲得頂點(diǎn)O坐標(biāo)(x,y,z)：

(x-Ax)^2+(y-Ay)^2+(z-Az)^2＝Soa^2

(x-Bx)^2+(y-By)^2+(z-Bz)^2＝Sob^2

(x-Cx)^2+(y-Cy)^2+(z-Cz)^2＝Soc^2

通過(guò)此方程式組可得到2組坐標(biāo)結(jié)果，分別位于由頂點(diǎn)A,B,C構(gòu)成的平面的兩側(cè)；或者是一組坐標(biāo)，位于A,B,C構(gòu)成的平面上。通過(guò)其他約束條件，例如實(shí)際應(yīng)用中如若不存在某一種可能，可對(duì)結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步過(guò)濾以獲得最終的坐標(biāo)值。

請(qǐng)參閱圖4、圖5，所述第二位置確定單元包括第三超聲波機(jī)構(gòu)、第三電脈沖機(jī)構(gòu)、第三計(jì)時(shí)器(計(jì)時(shí)方式與上述超聲波接收器接收方式類似)，第三超聲波機(jī)構(gòu)的中心與上述至少三個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)中心不共面；第三超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)配合，通過(guò)距離計(jì)算模塊獲取第三超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之 間的距離(此處，第一超聲波機(jī)構(gòu)是超聲波發(fā)生器，對(duì)應(yīng)圖4的標(biāo)記O；第二超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器，對(duì)應(yīng)圖4中的A、B、C；D表示第二位置確定單元，第二位置確定單元的第三超聲波機(jī)構(gòu)也為超聲波接收器)；從而進(jìn)一步確認(rèn)第一裝置在三個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)所呈平面的哪一側(cè)，具體確定第一裝置與第二裝置之間的位置關(guān)系。由于通過(guò)第一位置確定單元確認(rèn)的點(diǎn)有兩個(gè)，分別位于三個(gè)超聲波接收器中心所在平面的兩側(cè)，通過(guò)第二位置確定單元可以確定是哪一面。

實(shí)際應(yīng)用中存在兩種方式做物體位移的檢測(cè)：1、檢測(cè)單元靜止，例如放置在桌上的檢測(cè)設(shè)備，去跟蹤游戲柄的移動(dòng)，此種情況只需要一個(gè)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)單元，在被監(jiān)測(cè)物內(nèi)(游戲手柄)；檢測(cè)單元和參考坐標(biāo)是重疊的。

2、檢測(cè)單元本身也在移動(dòng)或者轉(zhuǎn)動(dòng)，例如頭盔和游戲手柄，這時(shí)需要兩個(gè)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)單元，分別放置在頭盔和手柄中；這個(gè)情況下需要有第三個(gè)靜止的坐標(biāo)系作為參考(也可以通過(guò)相對(duì)位置的變化來(lái)計(jì)算)，具體計(jì)算方式可參照上述描述。

所述第二裝置還設(shè)有至少一個(gè)輔助超聲波機(jī)構(gòu)；所述輔助超聲波機(jī)構(gòu)為超聲波接收器。在存在無(wú)法參與距離計(jì)算的第二超聲波機(jī)構(gòu)時(shí)，將輔助超聲波機(jī)構(gòu)作為對(duì)應(yīng)無(wú)法參與距離計(jì)算的第二超聲波機(jī)構(gòu)；利用部分第二超聲波機(jī)構(gòu)及輔助超聲波機(jī)構(gòu)確定第一裝置與第二裝置之間的位置關(guān)系，第二超聲波機(jī)構(gòu)與輔助超聲波機(jī)構(gòu)的數(shù)量大于等于3；或者利用至少三個(gè)輔助超聲波機(jī)構(gòu)確定第一裝置與第二裝置之間的位置關(guān)系。

所述轉(zhuǎn)動(dòng)角度獲取模塊設(shè)置于移動(dòng)裝置，用以通過(guò)運(yùn)動(dòng)傳感器通過(guò)融合算法獲得移動(dòng)裝置的角度旋轉(zhuǎn)信息。

本實(shí)用新型在揭示上述系統(tǒng)的同時(shí)，還揭示一種上述空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，所述監(jiān)測(cè)方法包括如下步驟：

【步驟S1】在超聲波發(fā)生器發(fā)送超聲波脈沖時(shí)，或發(fā)送前設(shè)定短時(shí)間內(nèi)，電脈沖發(fā)生器發(fā)送同步用電脈沖，以同步各個(gè)超聲波接收器的計(jì)時(shí)器；

【步驟S2】電脈沖接收器在收到電脈沖后，清零計(jì)時(shí)器，同時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)，在接收到超聲波脈沖后停止計(jì)時(shí)器，通過(guò)獲得計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)值、即時(shí)間T；

【步驟S3】距離計(jì)算模塊計(jì)算各個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間 的距離，通過(guò)各個(gè)計(jì)時(shí)器獲取的時(shí)間T乘以超聲波在空氣中的傳播速度V，得到超聲波接收器和超聲波發(fā)生器之間的距離S，距離S＝速度V*時(shí)間T；

【步驟S4】第一位置確定單元根據(jù)各第二超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間的距離、三個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)的位置，確定第一裝置與第二裝置之間的初步位置關(guān)系；

【步驟S5】第二位置確定單元獲取第三超聲波機(jī)構(gòu)與第一超聲波機(jī)構(gòu)之間的距離；從而進(jìn)一步確認(rèn)第一裝置在三個(gè)第二超聲波機(jī)構(gòu)所呈平面的哪一側(cè)，具體確定第一裝置與第二裝置之間的位置關(guān)系。本步驟與以上步驟可以同時(shí)進(jìn)行，本步驟原理與步驟S1至步驟S3的流程類似，通?？梢耘c上述步驟同時(shí)進(jìn)行。

【步驟S6】轉(zhuǎn)動(dòng)角度獲取模塊設(shè)置于移動(dòng)裝置，通過(guò)運(yùn)動(dòng)傳感器通過(guò)融合算法獲得移動(dòng)裝置的角度旋轉(zhuǎn)信息；運(yùn)動(dòng)傳感器包括加速度計(jì)、陀螺儀、磁場(chǎng)計(jì)中的一種或多種。

此外，所述監(jiān)測(cè)方法中，如果檢測(cè)單元本身也在移動(dòng)或者轉(zhuǎn)動(dòng)，例如頭盔和游戲手柄，這時(shí)需要兩個(gè)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)單元，分別放置在頭盔和手柄中；這個(gè)情況下需要有第三個(gè)靜止的坐標(biāo)系作為參考(也可以通過(guò)相對(duì)位置的變化來(lái)計(jì)算)，具體計(jì)算方式可參照上述描述。

實(shí)施例七

本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于，本實(shí)施例中，所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括：第一裝置、第二裝置、第三裝置(甚至可以包括第四裝置、第五裝置等等)，可參閱圖11。

第一裝置用于發(fā)出同步電脈沖、超聲波(第一裝置設(shè)置電脈沖發(fā)生器、超聲波發(fā)生器)；第二裝置用于接收電脈沖和超聲波，并計(jì)算得到和第一裝置的空間相對(duì)位置。第三裝置和第二裝置一樣原理，通過(guò)接收同步電脈沖和超聲波，獲得和第一裝置的空間相對(duì)位置(第二裝置、第三裝置分別設(shè)置電脈沖接收器、超聲波接收器、距離計(jì)算模塊)。

例如VR案例，固定設(shè)置(可以固定設(shè)置于墻上、桌子上，當(dāng)然也可以不固定)的第一裝置設(shè)有發(fā)射模塊，頭盔(對(duì)應(yīng)實(shí)施例一的第二裝置)上有超聲波接 收模塊，手柄(對(duì)應(yīng)實(shí)施例一的第三裝置)上同樣安裝接收模塊，以分別獲得頭盔和手柄的位置，甚至是兩個(gè)手柄的位置(通過(guò)設(shè)置第四裝置實(shí)現(xiàn))。

此實(shí)例的目的是當(dāng)空間中需要對(duì)多個(gè)移動(dòng)裝置做位置檢測(cè)時(shí)，只需要一個(gè)發(fā)射源。

綜上所述，本實(shí)用新型提出的空間相對(duì)位移變化監(jiān)測(cè)裝置，可精確獲取空間內(nèi)兩物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以及位置變化。本實(shí)用新型提出的掃地機(jī)器人，可精確獲取掃地機(jī)器人在房間中的位置，并能記錄已經(jīng)清掃的區(qū)域。

這里本實(shí)用新型的描述和應(yīng)用是說(shuō)明性的，并非想將本實(shí)用新型的范圍限制在上述實(shí)施例中。這里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的，對(duì)于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)實(shí)施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本實(shí)用新型的精神或本質(zhì)特征的情況下，本實(shí)用新型可以以其它形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。在不脫離本實(shí)用新型范圍和精神的情況下，可以對(duì)這里所披露的實(shí)施例進(jìn)行其它變形和改變。