專利名稱：一種移動機(jī)器人定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于智能機(jī)器的移動定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種移動機(jī)器人的定位 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著計算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，移動機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)得到 了更深入的研究，部分已走向成熟。移動機(jī)器人的工作環(huán)境具有非結(jié)構(gòu)化和不確定性，因而 對機(jī)器人的要求也更高，其中的定位技術(shù)是一個十分關(guān)鍵的技術(shù)問題，而全局定位更是移 動機(jī)器人的一項重要功能，沒有這種功能，機(jī)器人的任何自主運動都是盲目的。無論是何種 機(jī)器人，它在運動中始終要解決三個問題，即“現(xiàn)在何處？ ”、“去往何處？ ”、“如何去往？ ”，移 動機(jī)器人的定位、導(dǎo)航技術(shù)的研究就是為了解決上述三個問題。在定位領(lǐng)域已有里程計推算、基于視覺的路標(biāo)識別、基于地圖匹配的全局定位、陀 螺導(dǎo)航、GPS等多種定位方法，每種技術(shù)都有各自的優(yōu)點及局限性，里程計推算雖然短期精 度高、成本低，但不能避免引來誤差的無限累積；陀螺導(dǎo)航無需外部參考，但隨時間有漂移， 不適合長時間的精確定位。針對移動機(jī)器人的未知非結(jié)構(gòu)的工作環(huán)境，目前只有GPS才能 實現(xiàn)可實用的全局定位，但GPS受到精度、安全等因素的限制。在移動機(jī)器人的實際應(yīng)用 中，一般都是多項定位技術(shù)的綜合使用，實現(xiàn)優(yōu)缺點互補以提高定位精度及可靠性。如中國 國家專利局于2010-02-03公開的專利號為“200920157556. 6”、名稱為“一種集裝箱自動搬 運車的定位導(dǎo)航系統(tǒng)”的專利，采用慣性導(dǎo)航、GPS、激光定位結(jié)合的定位方法，雖然定位實 時性好、精度高，但仍要依靠GPS才能實現(xiàn)。綜上，目前的移動機(jī)器人遠(yuǎn)沒有達(dá)到實用化的要求，其智能性也沒有滿足人類的 各種需求。本領(lǐng)域技術(shù)人員也在一直在努力嘗試、探索更為實用、智能的機(jī)器人，但在移動 機(jī)器人定位技術(shù)上未能有突破性的發(fā)展。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的問題就是提供一種移動機(jī)器人定位系統(tǒng)，能精確實施定 位，加快機(jī)器人對外界的響應(yīng)，避免復(fù)雜的推理，提高系統(tǒng)實時性與適用性。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用如下技術(shù)方案—種移動機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于包括基站；安裝于移動機(jī)器人上的航位推測定位系統(tǒng)，所述航位推測定位系統(tǒng)包括用于獲取 移動機(jī)器人角度信息的角速度傳感器和用于獲取移動機(jī)器人行走距離信息的位移傳感器; 融合角度信息與行走距離信息后獲得移動機(jī)器人在航位推測定位系統(tǒng)中的位置坐標(biāo)；超聲激光定位系統(tǒng)，所述超聲激光定位系統(tǒng)包括安裝在基站上的超聲激光發(fā)射 裝置、安裝在移動機(jī)器人上的超聲激光接收裝置以及信息處理系統(tǒng)，通過超聲激光發(fā)射裝 置與超聲激光接收裝置之間的信息交換獲得移動機(jī)器人在超聲激光定位系統(tǒng)中的位置坐 標(biāo)；[0010]數(shù)據(jù)融合單元，所述數(shù)據(jù)融合單元用于航位推測定位系統(tǒng)中角度信息與行走距離 信息的融合以及航位推測定位系統(tǒng)與超聲激光定位系統(tǒng)中兩個位置坐標(biāo)的融合；通過數(shù)據(jù) 融合單元實現(xiàn)超聲激光定位系統(tǒng)對航位推測定位系統(tǒng)中累積誤差的消除。進(jìn)一步的，所述角速度傳感器為MEMS數(shù)字陀螺儀，所述位移傳感器為增量編碼碼器。進(jìn)一步的，所述超聲激光發(fā)射裝置包括帶有光電碼盤的激光發(fā)射器、對應(yīng)安裝在 激光發(fā)射器上的超聲波發(fā)射器、驅(qū)動激光發(fā)射器與超聲波發(fā)射器同步旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動裝置；超 聲激光接收裝置包括由若干環(huán)形分布的激光接收器組成的激光接收陣列、由若干超聲波接 收器組成且與激光接收陣列對應(yīng)安裝的超聲波接收陣列。進(jìn)一步的，激光接收陣列中至少有八個激光接收器，超聲波接收陣列中至少有八 個超聲波接收器，每個激光接收器與超聲波接收器對應(yīng)一個信號接收方向。其目的是盡可 能讓移動機(jī)器人多方位的接收到來自基站的激光和超聲波。進(jìn)一步的，所述信息處理系統(tǒng)包括由激光、超聲波信號觸發(fā)外部中斷的中央處理 模塊以及用于交換信息的無線模塊。進(jìn)一步的，所述移動機(jī)器人上安裝帶有光電碼盤的激光發(fā)射器，基站上安裝有激 光接收陣列。移動機(jī)器人在環(huán)境中的位置信息，其朝向角也是重要的狀態(tài)。陀螺儀所測量 的朝向存在隨機(jī)漂移，為此，在移動機(jī)器人上同樣安裝一個帶碼盤的激光發(fā)射器，在基站上 安裝一個激光接收陣列，用來測量基站在移動機(jī)器人坐標(biāo)系中所處的角度，結(jié)合移動機(jī)器 人的坐標(biāo)，就可以計算出移動機(jī)器人的朝向角。進(jìn)一步的，所述超聲激光定位系統(tǒng)還包括用于調(diào)節(jié)激光發(fā)射頻率的激光發(fā)射電路 和用于提升超聲波發(fā)射功率的超聲波發(fā)射電路。通過激光發(fā)射電路的調(diào)節(jié)使移動機(jī)器人上 的掃描激光和基站上掃描激光具有不用的發(fā)射頻率，相互不受干擾，同時也使得激光接收 陣列只接收特定頻率的激光，不受外界環(huán)境光線的干擾；通過超聲波發(fā)射電路可使超聲波 的測量距離達(dá)到20米以上，增加移動機(jī)器人的行動范圍。進(jìn)一步的，所述超聲激光定位系統(tǒng)還包括二級信號放大電路與鑒相電路。實現(xiàn)激 光接收器上接收信號的放大處理以及相波解調(diào)，保證激光和超聲波的接收距離。進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)融合單元為卡爾曼濾波器，通過卡爾曼濾波策略將超聲激光 定位系統(tǒng)的位置坐標(biāo)與航位推測定位系統(tǒng)獲得的位置坐標(biāo)進(jìn)行融合。進(jìn)一步的，航位推測 定位系統(tǒng)中移動機(jī)器人的位置坐標(biāo)通過如下公式獲得
權(quán)利要求1.一種移動機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于包括基站(1)；安裝于移動機(jī)器人(2)上的航位推測定位系統(tǒng)，所述航位推測定位系統(tǒng)包括用于獲取 移動機(jī)器人(2)角度信息的角速度傳感器和用于獲取移動機(jī)器人(2)行走距離信息的位移 傳感器；融合角度信息與行走距離信息后獲得移動機(jī)器人(2)在航位推測定位系統(tǒng)中的位 置坐標(biāo)；超聲激光定位系統(tǒng)，所述超聲激光定位系統(tǒng)包括安裝在基站(1)上的超聲激光發(fā)射裝 置、安裝在移動機(jī)器人( 上的超聲激光接收裝置以及信息處理系統(tǒng)，通過超聲激光發(fā)射 裝置與超聲激光接收裝置之間的信息交換獲得移動機(jī)器人( 在超聲激光定位系統(tǒng)中的 位置坐標(biāo)；數(shù)據(jù)融合單元，所述數(shù)據(jù)融合單元用于航位推測定位系統(tǒng)中角度信息與行走距離信息 的融合以及航位推測定位系統(tǒng)與超聲激光定位系統(tǒng)中兩個位置坐標(biāo)的融合；通過數(shù)據(jù)融合 單元實現(xiàn)超聲激光定位系統(tǒng)對航位推測定位系統(tǒng)中累積誤差的消除。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種移動機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于所述角速度傳感器 為MEMS數(shù)字陀螺儀，所述位移傳感器為增量編碼碼盤。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種移動機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于所述超聲激光發(fā)射 裝置包括帶有光電碼盤(31)的激光發(fā)射器(3)、對應(yīng)安裝在激光發(fā)射器C3)上的超聲波發(fā) 射器G)、驅(qū)動激光發(fā)射器( 與超聲波發(fā)射器(4)同步旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動裝置；超聲激光接收裝 置包括由若干環(huán)形分布的激光接收器組成的激光接收陣列( 、由若干超聲波接收器組成 且與激光接收陣列(5)對應(yīng)安裝的超聲波接收陣列(6)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種移動機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于激光接收陣列(5) 中至少有八個激光接收器，超聲波接收陣列(6)中至少有八個超聲波接收器，每個激光接 收器與超聲波接收器對應(yīng)一個信號接收方向。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種移動機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于所述信息 處理系統(tǒng)包括由激光、超聲波信號觸發(fā)外部中斷的中央處理模塊以及用于交換信息的無線 模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種移動機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于所述移動機(jī)器人上 安裝帶有光電碼盤(31)的激光發(fā)射器(3)，基站(1)上安裝有激光接收陣列(5)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種移動機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于所述超聲 激光定位系統(tǒng)還包括用于調(diào)節(jié)激光發(fā)射頻率的激光發(fā)射電路和用于提升超聲波發(fā)射功率 的超聲波發(fā)射電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種移動機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于所述超聲激光定位 系統(tǒng)還包括二級信號放大電路與鑒相電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種移動機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)融合單元 為卡爾曼濾波器，通過卡爾曼濾波策略將超聲激光定位系統(tǒng)的位置坐標(biāo)與航位推測定位系 統(tǒng)獲得的位置坐標(biāo)進(jìn)行融合。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種移動機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于航位推測定位系統(tǒng) 中移動機(jī)器人的位置坐標(biāo)通過如下公式獲得x{k) = χ(Α:-1) + Δχ
專利摘要本實用新型公開了一種移動機(jī)器人定位系統(tǒng)，包括基站；航位推測定位系統(tǒng)包括用于獲取移動機(jī)器人角度信息的角速度傳感器和用于獲取移動機(jī)器人行走距離信息的位移傳感器；超聲激光定位系統(tǒng)包括安裝在基站上的超聲激光發(fā)射裝置、安裝在移動機(jī)器人上的超聲激光接收裝置以及信息處理系統(tǒng)，通過超聲激光發(fā)射裝置與超聲激光接收裝置之間的信息交換獲得移動機(jī)器人在超聲激光定位系統(tǒng)中的位置坐標(biāo)；數(shù)據(jù)融合單元用于航位推測定位系統(tǒng)中角度信息與行走距離信息的融合以及航位推測定位系統(tǒng)與超聲激光定位系統(tǒng)中兩個位置坐標(biāo)的融合；通過數(shù)據(jù)融合單元實現(xiàn)超聲激光定位系統(tǒng)對航位推測定位系統(tǒng)中累積誤差的消除。本定位系統(tǒng)定位精確，實時性與適用性高。
文檔編號G01S15/06GK201917661SQ20102064948
公開日2011年8月3日 申請日期2010年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月29日
發(fā)明者徐本亮, 朱琪, 錢興桂, 陳勇, 雷蕾 申請人:浙江亞特電器有限公司, 浙江清華長三角研究院