專利名稱：一種移動機器人定位及行駛軌跡記錄的方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于智能機器人的移動定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種移動機器人行駛軌跡定位裝置及其定位方法。
背景技術(shù)：
目前越來越多的移動機器人被應(yīng)用到生產(chǎn)生活中去，而且在諸多的機器人比賽中，需要實現(xiàn)對移動機器人位置信息的準(zhǔn)確定位。目前移動機器人成熟的定位方法有磁定位、超聲定位、GPS定位等，但都是需要借助于外部定位設(shè)備，很難依靠自身設(shè)備實現(xiàn)對其自身的運動軌跡定位。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種不借助于外部設(shè)備，依靠自身裝置即能實現(xiàn)對移動軌跡進行定位的移動機器人行駛軌跡定位裝置。本發(fā)明還提供一種與上述裝置配套的移動機器人行駛軌跡定位方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的一種移動機器人行駛軌跡定位裝置，它包括中央處理單元、用于測量機器人旋轉(zhuǎn)角度的陀螺儀以及用于測量機器人水平與垂直方向位移量的傳感器；所述陀螺儀與傳感器的傳輸端口分別接中央處理單元的傳輸端口。作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述傳感器采用光學(xué)傳感裝置或光電編碼裝置。作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述光學(xué)傳感裝置包括光學(xué)成像引擎；其主要由 CMOS圖像感應(yīng)器及光學(xué)定位DSP模塊組成；所述CMOS圖像感應(yīng)器負(fù)責(zé)機器人底部圖像的收集并將其同步為二進制的數(shù)字圖像矩陣；所述光學(xué)定位DSP模塊負(fù)責(zé)相鄰圖像矩陣的分析比較，以此計算在單位時間內(nèi)機器人移動的水平和垂直距離。進一步地，本發(fā)明所述光電編碼裝置采用垂直與水平雙向編碼裝置，其向中央處理單元發(fā)出水平與垂直雙向移動脈沖數(shù)及運動方向數(shù)據(jù)。更進一步地，本發(fā)明所述陀螺儀采用數(shù)字式角速度傳感器。另外，本發(fā)明在所述陀螺儀與中央處理單元之間設(shè)有振動噪聲濾波器。其次，本發(fā)明所述的振動噪聲濾波器采用50Hz以下低通濾波器。一種移動機器人行駛軌跡定位方法，可按如下步驟依次進行(1)將機器人啟動位置或某個設(shè)定位置記為坐標(biāo)原點；移動后軌跡定位以該原點為基準(zhǔn)；(2)將陀螺儀角度旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)及傳感器所采集的水平與垂直方向的位移數(shù)據(jù)傳至中央處理單元進行處理；(3)中央處理單元經(jīng)數(shù)據(jù)運算后，得出機器人相對原點的坐標(biāo)點。作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明采用曲線擬合法算出機器人相對原點的位置。作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述步驟O)中，通過低通濾波器調(diào)整陀螺儀傳輸?shù)恼駝釉肼?。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，具有高靈活性，策略性以及良好的協(xié)作性，可實現(xiàn)能夠不借助于外部設(shè)備，依靠自身裝置即可實現(xiàn)對機器人移動軌跡的精確定位。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明。圖1為本發(fā)明機器人定位方法的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換關(guān)系示意圖；圖2為本發(fā)明機器人位置坐標(biāo)計算方法示意圖；圖3為本發(fā)明硬件結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明系統(tǒng)的流程圖。
具體實施例方式如圖所示，移動機器人行駛軌跡定位裝置，它包括中央處理單元、用于測量機器人旋轉(zhuǎn)角度的陀螺儀以及用于測量機器人水平與垂直方向位移量的傳感器；所述陀螺儀與傳感器的傳輸端口分別接中央處理單元的傳輸端口。本發(fā)明所述傳感器采用光學(xué)傳感裝置或光電編碼裝置。本發(fā)明所述光學(xué)傳感裝置包括光學(xué)成像引擎；其主要由CMOS圖像感應(yīng)器及光學(xué)定位DSP模塊組成；所述CMOS圖像感應(yīng)器負(fù)責(zé)機器人底部圖像的收集并將其同步為二進制的數(shù)字圖像矩陣；所述光學(xué)定位DSP模塊負(fù)責(zé)相鄰圖像矩陣的分析比較，以此計算在單位時間內(nèi)機器人移動的水平和垂直距離。本發(fā)明所述光電編碼裝置采用垂直與水平雙向編碼裝置，其向中央處理單元發(fā)出水平與垂直雙向移動脈沖數(shù)及運動方向數(shù)據(jù)。本發(fā)明所述陀螺儀采用數(shù)字式角速度傳感器。本發(fā)明在所述陀螺儀與中央處理單元之間設(shè)有振動噪聲濾波器。本發(fā)明所述的振動噪聲濾波器采用50Hz以下低通濾波器。移動機器人行駛軌跡定位方法，可按如下步驟依次進行(1)將機器人啟動位置或某個設(shè)定位置記為坐標(biāo)原點；移動后軌跡定位以該原點為基準(zhǔn)；(2)將陀螺儀角度旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)及傳感器所采集的水平與垂直方向的位移數(shù)據(jù)傳至中央處理單元進行處理；實際設(shè)計時，可通過低通濾波器調(diào)整陀螺儀傳輸?shù)恼駝釉肼暎?3)中央處理單元經(jīng)數(shù)據(jù)運算后，得出機器人相對原點的坐標(biāo)點。本發(fā)明可采用曲線擬合法算出機器人相對原點的位置。移動機器人的位置坐標(biāo)計算公式如下數(shù)學(xué)模型公式 其中，X、y分別為X、y絕對坐標(biāo)系下的軸坐標(biāo)，t為出發(fā)時間，ν為光學(xué)傳感系統(tǒng)得出的沿相對坐標(biāo)系的速度，ω為角速度。
程序離散化公式χ = Σ j = 0vx · At= Σ j = 0νχ · Δ t · cos ( θ + Δ θ )= Σ j = 0νχ · Δ t · cos ( Σ i = 0 ω i · At)y = Σ J = 0vy ‘ At=Σ J = 0v · At · sin( θ + Δ θ )= Σ j = 0ν * Δ t · sin ( Σ i = 0 ω i · At)其中，x、y、ω同上，At為微處理器取樣時間。本發(fā)明光學(xué)傳感裝置用于測量移動機器人在水平和垂直方向上行走的距離，光學(xué)傳感裝置也可采用光電式鼠標(biāo)實現(xiàn)；所述光電編碼裝置同樣用以測量機器人的行走距離， 光電編碼裝置也可采用滾輪式鼠標(biāo)實現(xiàn)。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種移動機器人行駛軌跡定位裝置，其特征在于，包括中央處理單元、用于測量機器人旋轉(zhuǎn)角度的陀螺儀以及用于測量機器人水平與垂直方向位移量的傳感器；所述陀螺儀與傳感器的傳輸端口分別接中央處理單元的傳輸端口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動機器人行駛軌跡定位裝置，其特征在于所述傳感器采用光學(xué)傳感裝置或光電編碼裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的移動機器人行駛軌跡定位裝置，其特征在于所述光學(xué)傳感裝置包括光學(xué)成像引擎；其主要由CMOS圖像感應(yīng)器及光學(xué)定位DSP模塊組成；所述CMOS圖像感應(yīng)器負(fù)責(zé)機器人底部圖像的收集并將其同步為二進制的數(shù)字圖像矩陣；所述光學(xué)定位 DSP模塊負(fù)責(zé)相鄰圖像矩陣的分析比較，以此計算在單位時間內(nèi)機器人移動的水平和垂直距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的移動機器人行駛軌跡定位裝置，其特征在于所述光電編碼裝置采用垂直與水平雙向編碼裝置，其向中央處理單元發(fā)出水平與垂直雙向移動脈沖數(shù)及運動方向數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的移動機器人行駛軌跡定位裝置，其特征在于所述陀螺儀采用數(shù)字式角速度傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的移動機器人行駛軌跡定位裝置，其特征在于在所述陀螺儀與中央處理單元之間設(shè)有振動噪聲濾波器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的移動機器人行駛軌跡定位裝置，其特征在于所述的振動噪聲濾波器采用50Hz以下低通濾波器。
8.—種如權(quán)利要求1 7之任一所述的移動機器人行駛軌跡定位方法，其特征在于，按如下步驟依次進行(1)將機器人啟動位置或某個設(shè)定位置記為坐標(biāo)原點；移動后軌跡定位以該原點為基準(zhǔn)；(2)將陀螺儀角度旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)及傳感器所采集的水平與垂直方向的位移數(shù)據(jù)傳至中央處理單元進行處理；(3)中央處理單元經(jīng)數(shù)據(jù)運算后，得出機器人相對原點的坐標(biāo)點。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的移動機器人行駛軌跡定位方法，其特征在于采用曲線擬合法算出機器人相對原點的位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的移動機器人行駛軌跡定位方法，其特征在于所述步驟(2) 中，通過低通濾波器調(diào)整陀螺儀傳輸?shù)恼駝釉肼暋?br> 全文摘要
本發(fā)明屬智能機器人的移動定位領(lǐng)域，尤其涉及一種移動機器人行駛軌跡定位裝置及其定位方法，包括中央處理單元、用于測量機器人旋轉(zhuǎn)角度的陀螺儀以及用于測量機器人水平與垂直方向位移量的傳感器；所述陀螺儀與傳感器的傳輸端口分別接中央處理單元的傳輸端口；所述傳感器采用光學(xué)傳感裝置或光電編碼裝置；所述光學(xué)傳感裝置包括光學(xué)成像引擎；其主要由CMOS圖像感應(yīng)器及光學(xué)定位DSP模塊組成；所述光學(xué)定位DSP模塊負(fù)責(zé)相鄰圖像矩陣的分析比較，以此計算在單位時間內(nèi)機器人移動的水平和垂直距離。本發(fā)明可實現(xiàn)能夠不借助于外部設(shè)備，依靠自身裝置即可實現(xiàn)對機器人移動軌跡的精確定位。
文檔編號G01C21/00GK102419179SQ20111041013
公開日2012年4月18日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者侯春光, 劉曉明, 張和, 曹云東, 韓穎 申請人:沈陽工業(yè)大學(xué)