專利名稱：一種室內(nèi)定位系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非接觸式定位設(shè)備及定位方法。
背景技術(shù)：
隨著計算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、伺服電機(jī)技術(shù)、控制理論等技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，能夠在工廠、車間等環(huán)境下實(shí)現(xiàn)精確定位，并完成移動任務(wù)的設(shè)備被越來越多的工作者提上了要求，并且技術(shù)的成熟和發(fā)展也使得開發(fā)這種設(shè)備成為可能。然而目前現(xiàn)在的無線室內(nèi)定位系統(tǒng)存在成本較高，定位精度不高的問題，目前流行的無線室內(nèi)定位系統(tǒng)有ZigBee,UffB (超寬帶)、RFID射頻識別定位、超聲波定位、GPS、地磁定位等，這些定位方式的定位精度從十幾厘米到幾米不等，而且成本較高，還不能滿足設(shè)備在工廠和車間內(nèi)進(jìn)行精確地自動化生產(chǎn)的要求。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有室內(nèi)定位系統(tǒng)定位精度不足的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種室內(nèi)精確定位系統(tǒng)。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題提供的技術(shù)方案是一種室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于包括依次連接的控制器、驅(qū)動裝置和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，以及分別與所述控制器連接的第一激光測距儀和第二激光測距儀；所述第一激光測距儀和所述第二激光測距儀固定安裝于所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，該第一激光測距儀發(fā)射出的光線與該第二激光測距儀發(fā)射出的光線垂直。采用本發(fā)明技術(shù)方案，可以利用兩個垂直的激光測距儀實(shí)現(xiàn)定位，定位精度高，并且，可以利用兩個激光測距儀與參考邊的距離關(guān)系來校準(zhǔn)激光測距儀發(fā)射光線的方向，利用簡單結(jié)構(gòu)即實(shí)現(xiàn)了對定位系統(tǒng)的校準(zhǔn)，構(gòu)思新穎。進(jìn)一步的，所述室內(nèi)定位系統(tǒng)還包括與所述控制器連接的方向指示器，所述方向指示器固定安裝于所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上。采用上述技術(shù)方案，方向指示器可以測出方向，利用方向數(shù)據(jù)對激光測距儀進(jìn)行校準(zhǔn)或校正，校準(zhǔn)速度快，成本低。進(jìn)一步的，所述室內(nèi)定位系統(tǒng)還包括與所述控制器連接的第三激光測距儀；所述第三激光測距儀固定安裝于所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，該第三激光測距儀發(fā)射出的光線與所述第一激光測距儀發(fā)射出的光線或者所述第二激光測距儀發(fā)射出的光線垂直。采用上述技術(shù)方案，可在利用第一、第二激光測距儀的組合進(jìn)行定位時若其中一個激光測距儀發(fā)射的光線被阻擋，則可以利用第一、第三激光測距儀的組合或第二、第三測距儀的組合來進(jìn)行定位，能夠滿足較復(fù)雜的場地環(huán)境；還可以利用第一、第三激光測距儀與兩平行的參考邊的距離之和的規(guī)律，實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)。進(jìn)一步的，所述室內(nèi)定位系統(tǒng)還包括分別與所述控制器連接的第三激光測距儀和第四激光測距儀；所述第三激光測距儀和所述第四激光測距儀均固定安裝于所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，該第三激光測距儀發(fā)射出的光線與該第四激光測距儀發(fā)射出的光線垂直。
采用上述技術(shù)方案，可在利用第一、第二激光測距儀的組合進(jìn)行定位時若其中兩個激光測距儀發(fā)射的光線被阻擋，則可以利用第三、第四激光測距儀的組合來進(jìn)行定位，能夠滿足更復(fù)雜的場地環(huán)境；還可以利用第一、第三激光測距儀與相應(yīng)兩相平行的參考邊的距離之和的規(guī)律，或者第二、第四激光測距儀與相應(yīng)兩平行的參考邊的距離之和的規(guī)律，實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)。進(jìn)一步的，所述室內(nèi)定位系統(tǒng)還包括分別與所述控制器連接的運(yùn)動系統(tǒng)、通訊裝置和電源裝置；所述運(yùn)動系統(tǒng)包括左主動輪、右主動輪、左從動輪、右從動輪以及分別與所述控制器連接的兩部驅(qū)動電機(jī)，所述左主動輪和所述右主動輪均為活動腳輪，所述左從動輪和所述右從動輪均為固定腳輪，所述左主動輪由一部所述驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動，所述右主動輪由另一部所述驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動；所述方向指示器為電子羅盤。采用上述技術(shù)方案，結(jié)構(gòu)簡單，使室內(nèi)定位系統(tǒng)能直行或轉(zhuǎn)彎，成為移動機(jī)器人；并且運(yùn)動系統(tǒng)的這種構(gòu)造方式，可以以很小的轉(zhuǎn)彎半徑實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，利于對激光測距儀的調(diào)整，且節(jié)省時間。本發(fā)明還提供一種室內(nèi)定位方法，包括如下步驟
步驟S1:布置相互垂直地橫向參考邊和縱向參考邊，構(gòu)成平面直角坐標(biāo)系；
步驟s2 :控制器控制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動以調(diào)整處于被測點(diǎn)的兩個激光測距儀的發(fā)射角度，使兩者發(fā)射的光線的方向均為標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射方向，即使一個激光測距儀發(fā)射的光線射向并垂直于橫向參考邊，另一個激光測距儀發(fā)射的光線射向并垂直于縱向參考邊；
步驟S3 :利用兩個激光測距儀測量被測點(diǎn)與橫向參考邊和縱向參考邊的距離，得到被測點(diǎn)在平面直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。進(jìn)一步的，步驟s2包括對發(fā)射光線的方向進(jìn)行調(diào)整的方法控制器根據(jù)從方向指示器處獲取的方向信息調(diào)整兩個激光測距儀發(fā)射的光線的方向至標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射方向。進(jìn)一步的，步驟s2包括當(dāng)指示器需要校正時，執(zhí)行方向指示器的校正方法，該校正方法包括以下子步驟
子步驟s21 :使室內(nèi)定位系統(tǒng)位置固定不變，控制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動兩個激光測距儀同步轉(zhuǎn)動一周并不斷發(fā)射光線；
子步驟s22 :比較一個激光測距儀在各發(fā)射方向上與橫向參考邊的距離，找出使該距離最小的方向，該方向即為該激光測距儀的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射方向；
子步驟s23 :比較另一個激光測距儀在各發(fā)射方向上與縱向參考邊的距離，找出使該距離最小的方向，該方向即為該激光測距儀的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射方向；
子步驟s24 :控制器根據(jù)子步驟s22和子步驟s23的結(jié)果校正方向指示器。進(jìn)一步的，所述室內(nèi)定位系統(tǒng)包括三個激光測距儀，步驟Si中還包括以下子步驟
子步驟sll :分別布置一條縱向參考邊和與其相垂直的兩條橫向參考邊；
子步驟sl2 :布置第一、第二、第三激光測距儀均位于被測點(diǎn)處，使第一激光測距儀發(fā)射的光線的方向與第二激光測距儀發(fā)射的光線的方向相互垂直、與第三激光測距儀發(fā)射的光線的方向相背；
子步驟sl3 :當(dāng)?shù)谝患す鉁y距儀在其光線發(fā)射方向與一條橫向參考邊之間無障礙物時，利用第一、第二激光測距儀進(jìn)行定位； 子步驟sl4 :當(dāng)?shù)谝患す鉁y距儀在其光線發(fā)射方向與一條橫向參考邊之間有障礙物時，利用第二、第三激光測距儀進(jìn)行定位；
步驟s2進(jìn)一步包括當(dāng)方向指示器需要校正時，執(zhí)行方向指示器的校正方法，該校正方法包括以下子步驟
子步驟s2a :使室內(nèi)定位系統(tǒng)位置固定不變，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動四個激光測距儀同步轉(zhuǎn)動一周并不斷發(fā)射光線；
子步驟s2b :比較第一、第三激光測距儀在各發(fā)射方向上與兩條橫向參考邊的距離之和，找出使該距離之和最小的方向，該方向即為第一或第三激光測距儀的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射方向；子步驟s2c :根據(jù)子步驟s2b的結(jié)果校正方向指示器。進(jìn)一步的，所述室內(nèi)定位系統(tǒng)包括四個激光測距儀，步驟Si包括以下子步驟 子步驟sla :分別布置兩條相平行的縱向參考邊和與其相垂直的兩條相平行的橫向參
考邊；
子步驟sib :布置第一、第二、第三、第四激光測距儀均位于被測點(diǎn)處，使第一激光測距儀發(fā)射的光線的方向與第二激光測距儀發(fā)射的光線的方向相互垂直、與第三激光測距儀發(fā)射的光線的方向相背，使第四激光測距儀發(fā)射的光線的方向與第二激光測距儀發(fā)射的方向相背;
子步驟sic :當(dāng)?shù)谝患す鉁y距儀在其光線發(fā)射方向上與一條橫向參考邊之間無障礙物、且第二激光測距儀在其光線發(fā)射方向上與一條縱向參考邊之間無障礙物時，利用第一、第二激光測距儀進(jìn)行定位；
子步驟sld :當(dāng)?shù)谝?、第二激光測距儀在其光線發(fā)射方向與一條橫向參考邊或一條縱向參考邊之間有障礙物時，利用第三、第四激光測距儀進(jìn)行定位。本發(fā)明帶來的有益效果是本發(fā)明的室內(nèi)定位系統(tǒng)設(shè)計簡單，制造成本低，具有較高的定位和運(yùn)動精度，定位精確度能達(dá)到IOmm級，設(shè)備具有人機(jī)接口方便操作，具有與上位控制中心交互的功能，可進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，設(shè)定任務(wù)等，這些特點(diǎn)使該系統(tǒng)可以在工廠、車間的自動化生產(chǎn)領(lǐng)域廣泛使用，部分代替人工工作，提高生產(chǎn)效率和自動化水平。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的室內(nèi)定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意框圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例的室內(nèi)定位系統(tǒng)的定位原理示意圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例的室內(nèi)定位系統(tǒng)中的驅(qū)動裝置2和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例的室內(nèi)定位系統(tǒng)中的運(yùn)動系統(tǒng)6的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合

及具體實(shí)施方式
對本發(fā)明進(jìn)一步說明。如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例室內(nèi)定位系統(tǒng)，包括依次連接的控制器1、驅(qū)動裝置2、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3，以及分別與控制器I連接的第一激光測距儀41和第二激光測距儀42 ;第一激光測距儀41和第二激光測距儀42均固定安裝于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3上，第一激光測距儀41發(fā)射出的光線與第二激光測距儀42發(fā)射出的光線垂直。
本實(shí)施例的室內(nèi)定位系統(tǒng)為一可移動的設(shè)備,或稱移動機(jī)器人。在室內(nèi)定位系統(tǒng)上安裝互成90°的第一、第二兩個激光測距儀，用于測量移動設(shè)備在二維空間的坐標(biāo)。激光測距儀的測量范圍是0.05nT70m，精度為1mm，能滿足工業(yè)自動化生產(chǎn)的距離和精度要求。激光測距儀采用新型技術(shù)，無需反光板。在測量時，如圖2所示，應(yīng)保證在激光測距儀的水平高度上激光測距儀與參考邊之間應(yīng)沒有遮擋物。上述室內(nèi)定位系統(tǒng)應(yīng)用于如下的定位方法中，該定位方法包括以下步驟:
步驟S1:如圖2所示，布置相互垂直地橫向參考邊LI和縱向參考邊L2，構(gòu)成平面直角坐標(biāo)系(橫向參考邊和縱向參考邊是室內(nèi)定位系統(tǒng)所在區(qū)域的邊界，通常是室內(nèi)墻壁，激光測距儀所測量的距離就是室內(nèi)定位系統(tǒng)與室內(nèi)墻壁的距離，成相互垂直的兩面室內(nèi)墻壁區(qū)域就是橫、縱坐標(biāo)軸；也可以以其它能反射激光的兩個相垂直的實(shí)物作為橫、縱參考邊);
步驟s2:控制器控制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動以調(diào)整處于被測點(diǎn)的兩個激光測距儀的發(fā)射角度，使兩者發(fā)射的光線的方向均為標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射方向，即，使一個激光測距儀發(fā)射的光線射向并垂直于橫向參考邊，另一個激光測距儀發(fā)射的光線射向并垂直于縱向參考邊；
步驟s3:利用兩個激光測距儀測量被測點(diǎn)與橫向參考邊和縱向參考邊的距離，得到被測點(diǎn)在平面直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。優(yōu)選的，如圖1所示，本實(shí)施例的室內(nèi)定位系統(tǒng)還包括與控制器I連接的方向指示器5，方向指示器5可選用電子羅盤，方向指示器5固定安裝于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3上。要使激光測距儀所測得的二維空間坐標(biāo)正確，相應(yīng)的激光測距儀必分別與區(qū)域的橫向參考邊和縱向參考邊保持垂直，為了得到激光測距儀的所處方向，在系統(tǒng)中設(shè)置安裝了電子羅盤。電子羅盤利用地磁測量方向，磁傳感器屬于無源器件，可以在室內(nèi)使用。測量范圍(Γ360°，精度1.5°。方向傳感器5具有RS485串行口輸出，可以將方向值傳輸?shù)娇刂破?，控制器I據(jù)此調(diào)整各激光測距儀的角度，得出正確的空間坐標(biāo)。如圖3所示，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3包括依次連接的聯(lián)軸器31、軸承32和旋轉(zhuǎn)平臺33，各激光測距儀和方向指示器5固定安裝在旋轉(zhuǎn)平臺33上，聯(lián)軸器31與驅(qū)動裝置2的輸出桿連接，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3在驅(qū)動裝置2的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動。驅(qū)動裝置2為一臺旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，控制器I接收到方向指示器5的方向數(shù)據(jù)后通過控制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3轉(zhuǎn)動來調(diào)整激光測距儀和方向指示器5的位置，使相應(yīng)的激光測距儀分別保持和橫向參考邊LI和縱向參考邊L2垂直。S卩，上述步驟s2進(jìn)一步包括對發(fā)射光線的方向進(jìn)行調(diào)整的方法:控制器I根據(jù)從方向指示器5處獲取的方向信息調(diào)整兩個激光測距儀發(fā)射的光線的方向至標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射方向。優(yōu)選的，本實(shí)施例的室內(nèi)定位系統(tǒng)還包括輔助測距子系統(tǒng)。作為輔助測距子系統(tǒng)的一個實(shí)施例，輔助子系統(tǒng)包括與控制器I連接的第三激光測距儀43，第三激光測距儀43固定安裝于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3上；第三激光測距儀43發(fā)射出的光線與第一激光測距41儀發(fā)射出的光線或者第二激光測距儀42發(fā)射出的光線垂直。利用第一、第二和第三激光測距儀，可以實(shí)現(xiàn)一種輔助測距，為此，上述步驟Si中進(jìn)一步包括以下子步驟:
子步驟sll:分別布置一條縱向參考邊L2和與其相垂直的兩條橫向參考邊LI ；
子步驟sl2:布置第一、第二、 第三激光測距儀均位于被測點(diǎn)處，使第一激光測距儀發(fā)射的光線的方向與第二激光測距儀發(fā)射的光線的方向相互垂直、與第三激光測距儀發(fā)射的光線的方向相背； 子步驟sl3 :當(dāng)?shù)谝患す鉁y距儀在其光線發(fā)射方向與一條橫向參考邊之間無障礙物時，利用第一、第二激光測距儀進(jìn)行定位；
子步驟sl4 :當(dāng)?shù)谝患す鉁y距儀在其光線發(fā)射方向與一條橫向參考邊之間有障礙物時，利用第二、第三激光測距儀進(jìn)行定位。作為輔助測距子系統(tǒng)的另一個實(shí)施例，如圖2所示，輔助測距子系統(tǒng)包括分別與控制器I連接的第三激光測距儀43和第四激光測距儀44，第三、第四激光測距儀均固定安裝于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3上；第三激光測距儀43發(fā)射出的光線與第四激光測距儀44發(fā)射出的光線垂直。第三、第四激光測距儀安裝在第一、第二激光測距儀相對的位置，其作用有兩個其一是輔助測距，當(dāng)區(qū)域內(nèi)有物體遮擋了第一或第二激光測距儀時，第三、第四激光測距儀仍然能測量出空間坐標(biāo)，這樣就放寬了測距系統(tǒng)對區(qū)域內(nèi)其它物體布局的要求；其二是輔助定向，在活動區(qū)域內(nèi)，當(dāng)相應(yīng)的激光測距儀分別與橫向參考邊LI和縱向參考邊L2保持垂直的時候，第一和第三激光測距儀所測得的數(shù)據(jù)之和應(yīng)為一恒定值，如果該值變大則說明激光測距儀的方向出現(xiàn)了偏差，移動機(jī)器人將停下來重新定向。本實(shí)施例的室內(nèi)定位系統(tǒng)所應(yīng)用于的定位方法中包括另一種輔助測距的方法，其是利用具有四個激光測距儀的輔助測距子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。為了實(shí)現(xiàn)輔助測距的功能，上述步驟Si中進(jìn)一步包括以下子步驟
子步驟sla:分別布置兩條相平行的橫向參考邊LI和與其相垂直的兩條相平行的縱向參考邊L2 ；
子步驟sib :布置第一、第二、第三、第四激光測距儀均位于被測點(diǎn)處，使第一激光測距儀發(fā)射的光線的方向與第二激光測距儀發(fā)射的光線的方向相互垂直、與第三激光測距儀發(fā)射的光線的方向相背，使第四激光測距儀發(fā)射的光線的方向與第二激光測距儀發(fā)射的方向相背;
子步驟SlC :當(dāng)?shù)谝患す鉁y距儀在其光線發(fā)射方向上與一條橫向參考邊之間無障礙物、且第二激光測距儀在其光線發(fā)射方向上與一條縱向參考邊之間無障礙物時，利用第一、第二激光測距儀進(jìn)行定位；
子步驟Sld :當(dāng)?shù)谝?、第二激光測距儀在其光線發(fā)射方向與一條橫向參考邊或一條縱向參考邊之間有障礙物時，利用第三、第四激光測距儀進(jìn)行定位。本實(shí)施例的室內(nèi)定位系統(tǒng)在進(jìn)行定位時，首先控制器I會讀取電子羅盤的方向數(shù)據(jù)，根據(jù)電子羅盤的方向數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3，使工作狀態(tài)的激光測距儀發(fā)射的光線的方向?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)發(fā)射方向。然而，電子羅盤如果受到了干擾(此時控制器I會判斷出并控制發(fā)出報警)，或者數(shù)據(jù)可能存在疑問，則需要對電子羅盤進(jìn)行校正以重新定向。因此，上述步驟s2進(jìn)一步包括當(dāng)方向指示器5需要校正時，執(zhí)行對方向指示器5進(jìn)行校正的方法。該校正方法包括兩種實(shí)現(xiàn)方式。校正方法的一種具體實(shí)現(xiàn)方式是通過輔助測距子系統(tǒng)的重新定向功能實(shí)現(xiàn)的，該實(shí)現(xiàn)方式包括以下子步驟
子步驟s2a :使室內(nèi)定位系統(tǒng)位置固定不變，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3帶動四個激光測距儀同步轉(zhuǎn)動一周并不斷發(fā)射光線；
子步驟s2b:比較第一、第三激光測距儀在各發(fā)射方向上與兩條橫向參考邊LI的距離之和，找出使該距離之和最小的方向，該方向即為第一或第三激光測距儀的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射方向；
子步驟s2c :根據(jù)子步驟s2b的結(jié)果校正方向指示器。校正方法還可以有另一種具體實(shí)現(xiàn)方式，這種實(shí)現(xiàn)方式可以使本實(shí)施例的室內(nèi)定位系統(tǒng)僅僅具備第一和第二激光測距儀。兩個激光測距儀順時針方向和逆時針方向分別轉(zhuǎn)動一次，當(dāng)兩個激光測距儀分別和橫向參考邊LI和縱向參考邊L2垂直時，所測得的距離值最小，也就是說，當(dāng)所測得的距離值最小時各激光測距儀所處的位置即為正確的位置，在此位置發(fā)射的光線的方向才會是標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射方向。具體的，該實(shí)現(xiàn)方式包括以下子步驟
子步驟s21 :使室內(nèi)定位系統(tǒng)位置固定不變，控制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動兩個激光測距儀同步轉(zhuǎn)動一周并不斷發(fā)射光線；
子步驟s22 :比較一個激光測距儀在各發(fā)射方向上與橫向參考邊的距離，找出使該距離最小的方向，該方向即為該激光測距儀的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射方向；
子步驟s23 :比較另一個激光測距儀在各發(fā)射方向上與縱向參考邊的距離，找出使該距離最小的方向，該方向即為該激光測距儀的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射方向；
子步驟s24 :控制器根據(jù)子步驟s22和子步驟s23的結(jié)果校正方向指示器。如圖1所示，本實(shí)施例的室內(nèi)定位系統(tǒng)還包括分別與控制器I連接的運(yùn)動系統(tǒng)6、通訊裝置7和電源裝置8。如圖4所示，運(yùn)動系統(tǒng)6包括左主動輪6al、右主動輪6b1、左從動輪6a2、右從動輪6b2以及分別與控制器I連接的兩部驅(qū)動電機(jī)61，左主動輪6al和右主動輪6bl均為活動腳輪，左從動輪6a2和右從動輪6b2均為固定腳輪，左主動輪6al由一部驅(qū)動電機(jī)61驅(qū)動，右主動輪6bI由另一部驅(qū)動電機(jī)61驅(qū)動。通訊裝置7可采用無線數(shù)傳電臺，無線數(shù)傳電臺用于移動設(shè)備和控制中心ClOO的聯(lián)絡(luò)，使移動設(shè)備處于控制中心ClOO的監(jiān)控之下。本實(shí)施例的室內(nèi)定位系統(tǒng)中的運(yùn)動系統(tǒng)需滿足以下要求第一，可實(shí)現(xiàn)前進(jìn)和后退；第二，可實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向，移動機(jī)器人所處的空間有限，而且轉(zhuǎn)彎時偏離原位置后重新調(diào)整位置將會需要較多時間，所以轉(zhuǎn)彎半徑應(yīng)越小越好；第三，速度和轉(zhuǎn)動距離可控；第四，輸出力矩范圍大，在負(fù)載變化的情況下仍然能保持響應(yīng)速度基本不變；第五，具有快速制動能力。根據(jù)這些要求，如圖4所示，采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動電機(jī)61 ;為使移動機(jī)器人平衡，采用四輪結(jié)構(gòu)；為了能夠盡可能小半徑地轉(zhuǎn)向，左主動輪6al和右主動輪6bl分別由兩部驅(qū)動電機(jī)61驅(qū)動，當(dāng)兩部驅(qū)動電機(jī)61同向同速運(yùn)行時移動機(jī)器人前進(jìn)或后退，當(dāng)左、右主動輪相反方向轉(zhuǎn)動時，移動機(jī)器人在原地轉(zhuǎn)向；為了使從動輪及時響應(yīng)主動輪，從動輪和主動輪以鏈條63連接。本實(shí)施例的室內(nèi)定位系統(tǒng)中的控制器I的有下述作用第一，讀取激光測距儀和方向指示器5的數(shù)據(jù)；第二，接受現(xiàn)場操作指令和上位控制中心的任務(wù)指令；第三，控制驅(qū)動電機(jī)61和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3，使移動設(shè)備完成指令要求的任務(wù)；第四，可驅(qū)動LCD顯示屏，提供人機(jī)操作接口。于是，控制器I選由一塊MSP430芯片、一塊IXD圖型點(diǎn)陣顯示屏9和外圍電路組成。MSP430芯片是目前流行的16位單片機(jī)，具有I/O引腳、A/D轉(zhuǎn)換器、串行通訊口、IXD驅(qū)動器等資源，方便實(shí)現(xiàn)按鈕操作、串行通訊、模擬量讀取、驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動液晶屏等要求，而且，MSP430芯片具有Flash存儲器，可以很方便地在線調(diào)試運(yùn)行。激光測距儀和方向指示器5，以及通訊裝置7均采用串行口通訊，通訊網(wǎng)絡(luò)為RS485。采用RS485網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)第一，數(shù)字量傳輸精度高，抗干擾能力強(qiáng)，避免了模擬量傳輸時的運(yùn)算誤差；第二，結(jié)構(gòu)簡單，元器件簡單；第三，9600bps的波特率可以保證設(shè)備反應(yīng)的實(shí)時性。為了使移動設(shè)備活動自由，室內(nèi)定位系統(tǒng)的電源裝置8選用蓄電池組，蓄電池組由3只12V蓄電池組成，輸出電壓為36V DC。電源電路板將蓄電池電源轉(zhuǎn)換為不同的電壓供系統(tǒng)中各部件使用。其一，轉(zhuǎn)換成24V，供步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器使用；其二，轉(zhuǎn)換成5V供激光測距儀和電子羅盤使用；其三，輪換成12V供MSP430芯片、液晶面板和無線數(shù)傳電臺使用。如上所云是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思和內(nèi)涵的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于:包括依次連接的控制器(I)、驅(qū)動裝置(2)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(3)，以及分別與所述控制器(I)連接的第一激光測距儀(41)和第二激光測距儀(42);所述第一激光測距儀(41)和所述第二激光測距儀(42)固定安裝于所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(3)上，該第一激光測距儀(41)發(fā)射出的光線與該第二激光測距儀(42)發(fā)射出的光線垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于:還包括與所述控制器(I)連接的方向指示器(5 )，所述方向指示器(5 )固定安裝于所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(3 )上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于:還包括與所述控制器(I)連接的第三激光測距儀(43);所述第三激光測距儀(43)固定安裝于所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(3)上，該第三激光測距儀(43)發(fā)射出的光線與所述第一激光測距儀(41)發(fā)射出的光線或者所述第二激光測距儀(42)發(fā)射出的光線垂直。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于:還包括分別與所述控制器(I)連接的第三激光測距儀(43)和第四激光測距儀(44);所述第三激光測距儀(43)和所述第四激光測距儀(44)均固定安裝于所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(3)上，該第三激光測距儀(43)發(fā)射出的光線與該第四激光測距儀(44)發(fā)射出的光線垂直。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于:還包括分別與所述控制器(I)連接的運(yùn)動系統(tǒng)(6)、通訊裝置(7)和電源裝置(8);所述運(yùn)動系統(tǒng)(6)包括左主動輪(6al)、右主動輪(6bl)、左從動輪(6a2)、右從動輪(6b2)以及分別與所述控制器(I)連接的兩部驅(qū)動電機(jī)(61)，所述左主動輪(6al)和所述右主動輪(6bI)均為活動腳輪，所述左從動輪(6a2)和所述右從動輪(6b2)均為固定腳輪,所述左主動輪(6al)由一部所述驅(qū)動電機(jī)(61)驅(qū)動，所述右主動輪(6bl)由另一部所述驅(qū)動電機(jī)(61)驅(qū)動；所述方向指示器(5)為電子羅盤。
6.一種室內(nèi)定位方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟S1:布置相互垂直地橫向參考邊和縱向參考邊，構(gòu)成平面直角坐標(biāo)系； 步驟s2:控制器控制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動以調(diào)整處于被測點(diǎn)的兩個激光測距儀的發(fā)射角度，使兩者發(fā)射的光線的方向均為標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射方向，即使一個激光測距儀發(fā)射的光線射向并垂直于橫向參考邊，另一個激光測距儀發(fā)射的光線射向并垂直于縱向參考邊； 步驟s3:利用兩個激光測距儀測量被測點(diǎn)與橫向參考邊和縱向參考邊的距離，得到被測點(diǎn)在平面直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的室內(nèi)定位方法，其特征在于步驟s2進(jìn)一步包括對發(fā)射光線的方向進(jìn)行調(diào)整的方法:控制器根據(jù)從方向指示器處獲取的方向信息調(diào)整兩個激光測距儀發(fā)射的光線的方向至標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射方向。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的室內(nèi)定位方法，其特征在于步驟s2進(jìn)一步包括:當(dāng)指示器需要校正時，執(zhí)行方向指示器的校正方法，該校正方法包括以下子步驟: 子步驟s21:使室內(nèi)定位系統(tǒng)位置固定不變，控制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動兩個激光測距儀同步轉(zhuǎn)動一周并不斷發(fā)射光線； 子步驟s22:比較一個激光測距儀在各發(fā)射方向上與橫向參考邊的距離，找出使該距離最小的方向，該方向即為該激光測距儀的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射方向； 子步驟s23:比較另一個激光測距儀在各發(fā)射方向上與縱向參考邊的距離，找出使該距離最小的方向，該方向即為該激光測距儀的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射方向； 子步驟s24:控制器根據(jù)子步驟s22和子步驟s23的結(jié)果校正方向指示器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的室內(nèi)定位方法，所述室內(nèi)定位系統(tǒng)包括三個激光測距儀，其特征在于步驟Si中進(jìn)一步還包括以下子步驟: 子步驟sll:分別布置一條縱向參考邊和與其相垂直的兩條橫向參考邊； 子步驟sl2:布置第一激光測距儀、第二激光測距儀和第三激光測距儀均位于被測點(diǎn)處，使第一激光測距儀發(fā)射的光線的方向與第二激光測距儀發(fā)射的光線的方向相互垂直、與第三激光測距儀發(fā)射的光線的方向相背； 子步驟sl3:當(dāng)?shù)谝患す鉁y距儀在其光線發(fā)射方向與一條橫向參考邊之間無障礙物時，利用第一激光測距儀和第二激光測距儀進(jìn)行定位； 子步驟sl4:當(dāng)?shù)谝患す鉁y距儀在其光線發(fā)射方向與一條橫向參考邊之間有障礙物時，利用第二激光測距儀和第三激光測距儀進(jìn)行定位； 步驟s2進(jìn)一步包括:當(dāng)方向指示器需要校正時，執(zhí)行方向指示器的校正方法，該校正方法包括以下子步驟: 子步驟s2a:使室內(nèi)定位系統(tǒng)位置固定不變，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動三個激光測距儀同步轉(zhuǎn)動一周并不斷發(fā)射光線； 子步驟s2b:比較第一激光測距儀和第三激光測距儀在各發(fā)射方向上與兩條橫向參考邊的距離之和，找出使該距離之和最小的方向，該方向即為第一激光測距儀或第三激光測距儀的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射方向； 子步驟s2c:根據(jù)子步驟s2b的結(jié)果校正方向指示器。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的室內(nèi)定位方法，所述室內(nèi)定位系統(tǒng)包括四個激光測距儀，其特征在于步驟Si進(jìn)一步包括以下子步驟: 子步驟sla:分別布置兩條相平行的縱向參考邊和與其相垂直的兩條相平行的橫向參考邊； 子步驟sib:布置第一激光測距儀、第二激光測距儀、第三激光測距儀和第四激光測距儀均位于被測點(diǎn)處，使第一激光測距儀發(fā)射的光線的方向與第二激光測距儀發(fā)射的光線的方向相互垂直、與第三激光測距儀發(fā)射的光線的方向相背，使第四激光測距儀發(fā)射的光線的方向與第二激光測距儀發(fā)射的方向相背； 子步驟sic:當(dāng)?shù)谝患す鉁y距儀在其光線發(fā)射方向上與一條橫向參考邊之間無障礙物、且第二激光測距儀在其光線發(fā)射方向上與一條縱向參考邊之間無障礙物時，利用第一激光測距儀和第二激光測距儀進(jìn)行定位； 子步驟sld:當(dāng)?shù)谝患す鉁y距儀和第二激光測距儀在其光線發(fā)射方向與一條橫向參考邊或一條縱向參考邊之間有障礙物時，利用第三激光測距儀和第四激光測距儀進(jìn)行定位。
全文摘要
本發(fā)明提供一種室內(nèi)定位系統(tǒng)，包括依次連接的控制器、驅(qū)動裝置和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，以及分別與所述控制器連接的第一激光測距儀和第二激光測距儀；所述第一激光測距儀和所述第二激光測距儀固定安裝于所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，該第一激光測距儀發(fā)射出的光線與該第二激光測距儀發(fā)射出的光線垂直。本發(fā)明還提供一種室內(nèi)定位方法。采用本發(fā)明技術(shù)方案，可以利用兩個垂直的激光測距儀實(shí)現(xiàn)定位，定位精度高，并且，可以利用兩個激光測距儀與參考邊的距離關(guān)系來校準(zhǔn)激光測距儀發(fā)射光線的方向，利用簡單結(jié)構(gòu)即實(shí)現(xiàn)了對定位系統(tǒng)的校準(zhǔn)，構(gòu)思新穎。
文檔編號G01B11/00GK103075963SQ20131000725
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月9日
發(fā)明者沈潔, 方建明 申請人:廣州創(chuàng)特技術(shù)有限公司