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5.5 基于环形灯板的全场定位算法5.5.1、基于环形灯板的全场定位算法原理比赛的场地上有500x500宽30的白线，上一章利用摄像头提取白线边沿特征修正坐标，由于数据处理比较复杂，硬件处理速度并不高，暂时应用还有困难。
为了解决编码器误差累积问题，这里提出了一种基于灯板的全场定位算法。
组成灯板传感器的单元为光敏三极管，通过光敏三极管便可检测出是否白线在该三极管的下面。
如果灯板上有许多单元，则灯板在有网格的场地上某个位置就有对应的光敏三级管检测到白线，这里如果得到检测到白线的三极管与灯板位姿的某种映射关系便可以利用检测到白线的三极管来得到灯板的位姿。
这样的灯板需要满足一下条件：1.机器运动共有三个自由度，所以至少需要有三个不共线的三个传感器落在白线上。
2.在某领域内有且仅有唯一解。
3.灵敏度均匀。
4.精度满足需要的前提下光敏三级管数量最少。
由条件可得到如下结论1.装在机器人上的灯板与白线的相对位置关系是等概率的，为了保证灵敏度均匀，由对称性可知传感器应为环形布置。
2.每条白线最多与环形灯板有两个交点，这便避开了3点共线的问题。
3.直径大于白线网格边长所以白线与环形灯板至少有四个交点。
4.光敏三极管的间距需要小于30mm所以估计光敏三级管的个数需大于80个。
如图，当环形灯板移动时灯板上与线相交的传感器便会改变，这种改变与灯板的位移及角度变化具有某种对应关系，同时还和灯板与网格的相对位置有关。
通过建立数学模型找到这种对应关系便可以求出灯板的位置姿态。
图5.23环形灯板移动与白线交点的变化图5.5.2、建立环形灯板定位模型在地面建立坐标系y o x --，在灯板上建立坐标系y o x '-'-'。
灯板上第i 个光敏三级管在y o x '-'-'中坐标为),(i i i y x A '''，在y o x --中坐标为),(i i i y x A .图5.24灯板坐标与地面坐标j 时刻灯板在地面坐标下的位姿为),,(j oj oj j y x o θ。
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910341610.0(22)申请日 2019.04.26(71)申请人 东莞市新驱电子科技有限公司地址 523000 广东省东莞市凤岗镇雁田村怡红路物流园厂房B栋601(72)发明人 杜明磊 (74)专利代理机构 东莞市冠诚知识产权代理有限公司 44272代理人 莫杰华(51)Int.Cl.F21K 9/69(2016.01)F21V 5/04(2006.01)F21Y 115/10(2016.01)(54)发明名称一种环形灯光效果的实现方法(57)摘要本发明公开了一种环形灯光效果的实现方法，其包括光源和透镜，该透镜的透光部包括位于中心的第一透光部和环绕该第一透光部呈环形的第二透光部，第二透光部具有一定的雾度；光源发出的光线经透镜的第一透光部和第二透光部分别射出，光源发出的光线在第二透光部形成环形灯光效果。
本发明利用低成本的结构实现同样的光效，通过在光源出射的透镜中设置环形具有一定雾度的第二透光部，使得光线在该第二透光部处呈现光环，以解决现有技术中在照明灯具中成型光环的方案成本高的问题。
权利要求书1页 说明书2页 附图4页CN 110005968 A 2019.07.12C N 110005968A权 利 要 求 书1/1页CN 110005968 A1.一种环形灯光效果的实现方法，其特征在于，应用以下结构的灯具：包括光源和透镜，该透镜的透光部包括位于中心的第一透光部和环绕该第一透光部呈环形的第二透光部，第二透光部具有一定的雾度；光源发出的光线经透镜的第一透光部和第二透光部分别射出；光源发出的光线在第二透光部形成环形灯光效果。
2.根据权利要求1所述的一种环形灯光效果的实现方法，其特征在于：所述环形为圆环形或多边形。
3.根据权利要求1所述的一种环形灯光效果的实现方法，其特征在于：所述雾度为0.1%-100%。
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920204714.2(22)申请日 2019.02.15(73)专利权人 广州流星雨光电科技有限公司地址 510545 广东省广州市白云区钟落潭镇竹料工业区鸣亮路6号(72)发明人 王家荣 (74)专利代理机构 广东广信君达律师事务所44329代理人 杨晓松(51)Int.Cl.F21S 10/00(2006.01)F21V 19/00(2006.01)F21V 23/00(2015.01)F21W 131/105(2006.01)F21W 131/406(2006.01)F21Y 115/10(2016.01)(54)实用新型名称一种多重照射效果的舞台灯(57)摘要一种多重照射效果的舞台灯，包括灯座，所述灯座设有凹腔，凹腔内设有主灯源模块，主灯源模块包括LED主灯板和设在LED主灯板上的LED 主灯源；所述LED主灯源上方设有透镜组件，所述凹腔内在透镜组件上方设有透镜压环；所述凹腔出口处设有环形灯源模块，环形灯源模块包括环形灯板和环形LED灯源，环形LED灯源的数量为若干个，若干个环形LED灯源沿一圆周方向均匀地设在环形灯板的内环面上，凹腔内设有环形LED 灯源的LED驱动板；灯座在凹腔出口处设有灯盖，灯盖设有通光孔，灯座与灯盖相连接，所述通光孔的孔缘与环形灯板的外环面相连接。
本实用新型通过一个舞台灯可以实现照射和动态变化的多重效果，有利于降低舞台成本和舞台接线量。
权利要求书1页 说明书3页 附图2页CN 209540749 U 2019.10.25C N 209540749U权 利 要 求 书1/1页CN 209540749 U1.一种多重照射效果的舞台灯，包括灯座，所述灯座设有凹腔，凹腔内设有主灯源模块，主灯源模块包括LED主灯板和设在LED主灯板上的LED主灯源；其特征在于：所述LED主灯源上方设有透镜组件，所述凹腔内在透镜组件上方设有透镜压环；所述凹腔出口处设有环形灯源模块，环形灯源模块包括环形灯板和环形LED灯源，环形LED灯源的数量为若干个，若干个环形LED灯源沿一圆周方向均匀地设在环形灯板的内环面上，凹腔内设有环形LED灯源的LED驱动板；灯座在凹腔出口处设有灯盖，灯盖设有通光孔，灯座与灯盖相连接，所述通光孔的孔缘与环形灯板的外环面相连接。
5.5 基于环形灯板的全场定位算法
5.5.1、基于环形灯板的全场定位算法原理
比赛的场地上有500x500宽30的白线，上一章利用摄像头提取白线边沿特征修正坐标，由于数据处理比较复杂，硬件处理速度并不高，暂时应用还有困难。
为了解决编码器误差累积问题，这里提出了一种基于灯板的全场定位算法。
组成灯板传感器的单元为光敏三极管，通过光敏三极管便可检测出是否白线在该三极管的下面。
如果灯板上有许多单元，则灯板在有网格的场地上某个位置就有对应的光敏三级管检测到白线，这里如果得到检测到白线的三极管与灯板位姿的某种映射关系便可以利用检测到白线的三极管来得到灯板的位姿。
这样的灯板需要满足一下条件：
1.机器运动共有三个自由度，所以至少需要有三个不共线的三个传感器落在白线上。
2.在某领域内有且仅有唯一解。
3.灵敏度均匀。
4.精度满足需要的前提下光敏三级管数量最少。
由条件可得到如下结论
1.装在机器人上的灯板与白线的相对位置关系是等概率的，为了保证灵敏度均匀，由对称性可知传感器应为环形布置。
2.每条白线最多与环形灯板有两个交点，这便避开了3点共线的问题。
3.直径大于白线网格边长所以白线与环形灯板至少有四个交点。
4.光敏三极管的间距需要小于30mm所以估计光敏三级管的个数需大于80个。
如图，当环形灯板移动时灯板上与线相交的传感器便会改变，这种改变与灯板的位移及角度变化具有某种对应关系，同时还和灯板与网格的相对位置有关。
通过建立数学模型找到这种对应关系便可以求出灯板的位置姿态。
图5.23环形灯板移动与白线交点的变化图
5.5.2、建立环形灯板定位模型
在地面建立坐标系y o x --，在灯板上建立坐标系y o x '-'-'。
灯板上第i 个光敏三级管在y o x '-'-'中坐标为),(i i i y x A '''，在y o x --中坐标为),(i i i y x A .
图5.24灯板坐标与地面坐标
j 时刻灯板在地面坐标下的位姿为),,(j oj oj j y x o θ。
则
i
i j j j j oj oj ij ij ij y x y x y x OA ''-+==)
cos()sin()sin()cos(θθθθ （5.39） J+1时刻有
i i j j j j oj oj ij ij ij y x y x y x OA '
'-+==+++++++++)
cos()sin()sin()cos(111111111θθθθ （5.40） J 时刻与j+1时刻灯板上第i 个光敏三极管的位移为
i i j j j j j j j j j j j j oj oj ij ij i y x y x OA OA y x a '
'-∆+-∆++∆+--∆++⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡∆∆=-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆∆=∆+)cos()cos()sin()sin()sin()sin()cos()cos(1θθθθθθθθθθθθ （5.41）
假设第i 个光敏三极管在第j+1时刻在白线上方，其最近的白线交点的坐标为
])[500],[500(),(50050011++==ij ij y
x i i i yb xb B （5.42） 则：
⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣
⎡-⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆∆=ij ij i i i i i i y x yb xb yb xb B A （5.43） 如果i i yb xb ∆≤∆则⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆=0i i xb R (⎥⎦
⎤⎢⎣⎡=01i R ) 如果i i yb xb ∆>∆则⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆=i i yb R 0(⎥⎦
⎤⎢⎣⎡∆=i i yb R 0) 匹配误差
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨⎧≤->-⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=∆⋅∆⋅∆⋅2.....02.....22d R d R d R e i R a R i R a R i R a R i i i i i i i i i i （5.44） 落在白线上的传感器共有n 个，则总匹配误差为：∑=
n
i i n e E 1（如果i 个光敏三极管在第j+1时刻在白线上方）
即可以表示为： ),,(j oj oj i y x f e E θ∆∆∆==∑ （5.45）
当E 取最小值时的),,(j oj oj y x θ∆∆∆即为所求，
此时灯板的坐标姿态为
⎥⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎢⎣⎡∆∆∆+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+++j oj oj j oij oij j oij oij y x y x y x θθθ111 （5.46）
通过（8）式便可得到灯板第j+1时刻的坐标。
此算法的几何意义为以灯板前一时刻坐标为中心，在一个不大的范围内移
动，当移动到某位置时便可以推测出检测到线传的感器是哪几个，如果检测到线传的感器恰好与当前检测到线传的感器匹配则这是的位移便唯一确定了，此时匹配误差E最小
5.5.3定位仿真检验
为了验证算法理论的正确性，利用matlab进行了软件仿真。
图5.25环形灯板定位轨迹与实际轨迹比较图
通过matlab模拟仿真结果可以看出该算法可以提供在一定精度的位置坐标。
通过进步分析还可以得到，定位精度与环形灯板上的光敏三极管个数和分布有关。
光敏三极管越多，分布越密定位精度越高。
同时环形灯板定位误差不会有累积。
5.6本章小结
本章通过理论推导建立了基于不同传感器的定位算法。
完成了基于三编码器的全场定位算法设计，通过仿真分析三轮安装误差对定位带来的影响，论证了对三编码器全场定位进行软件补偿的必要性；针对三编码器定位具有误差累积的缺点，建立了基于摄像头识别白线边界特征并与三编码器进行数据融合的辅助定位算法；完成了红外测距传感器辅助定位的算法设计和仿真论证；完成了基于环形灯板设别白线网格特征的全场定位算法，该算法突破了利用灯板经行全场定位的技术难题，并进行了相应的理论仿真论证，仿真结果表明该算法不具有误差累积，精度控。
