CN102419179A - 一种移动机器人定位及行驶轨迹记录的方法与装置 - Google Patents

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侯春光
韩颖
曹云东
刘晓明
张和
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Abstract

本发明属智能机器人的移动定位领域，尤其涉及一种移动机器人行驶轨迹定位装置及其定位方法，包括中央处理单元、用于测量机器人旋转角度的陀螺仪以及用于测量机器人水平与垂直方向位移量的传感器；所述陀螺仪与传感器的传输端口分别接中央处理单元的传输端口；所述传感器采用光学传感装置或光电编码装置；所述光学传感装置包括光学成像引擎；其主要由CMOS图像感应器及光学定位DSP模块组成；所述光学定位DSP模块负责相邻图像矩阵的分析比较，以此计算在单位时间内机器人移动的水平和垂直距离。本发明可实现能够不借助于外部设备，依靠自身装置即可实现对机器人移动轨迹的精确定位。

Description

一种移动机器人定位及行驶轨迹记录的方法与装置
技术领域
本发明属于智能机器人的移动定位技术领域，尤其涉及一种移动机器人行驶轨迹定位装置及其定位方法。
背景技术
目前越来越多的移动机器人被应用到生产生活中去，而且在诸多的机器人比赛中，需要实现对移动机器人位置信息的准确定位。目前移动机器人成熟的定位方法有磁定位、超声定位、GPS定位等，但都是需要借助于外部定位设备，很难依靠自身设备实现对其自身的运动轨迹定位。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种不借助于外部设备，依靠自身装置即能实现对移动轨迹进行定位的移动机器人行驶轨迹定位装置。
本发明还提供一种与上述装置配套的移动机器人行驶轨迹定位方法。
为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
一种移动机器人行驶轨迹定位装置，它包括中央处理单元、用于测量机器人旋转角度的陀螺仪以及用于测量机器人水平与垂直方向位移量的传感器；所述陀螺仪与传感器的传输端口分别接中央处理单元的传输端口。
作为一种优选方案，本发明所述传感器采用光学传感装置或光电编码装置。
作为另一种优选方案，本发明所述光学传感装置包括光学成像引擎；其主要由CMOS图像感应器及光学定位DSP模块组成；所述CMOS图像感应器负责机器人底部图像的收集并将其同步为二进制的数字图像矩阵；所述光学定位DSP模块负责相邻图像矩阵的分析比较，以此计算在单位时间内机器人移动的水平和垂直距离。
进一步地，本发明所述光电编码装置采用垂直与水平双向编码装置，其向中央处理单元发出水平与垂直双向移动脉冲数及运动方向数据。
更进一步地，本发明所述陀螺仪采用数字式角速度传感器。
另外，本发明在所述陀螺仪与中央处理单元之间设有振动噪声滤波器。
其次，本发明所述的振动噪声滤波器采用50Hz以下低通滤波器。
一种移动机器人行驶轨迹定位方法，可按如下步骤依次进行：
(1)将机器人启动位置或某个设定位置记为坐标原点；移动后轨迹定位以该原点为基准；
(2)将陀螺仪角度旋转数据及传感器所采集的水平与垂直方向的位移数据传至中央处理单元进行处理；
(3)中央处理单元经数据运算后，得出机器人相对原点的坐标点。
作为一种优选方案，本发明采用曲线拟合法算出机器人相对原点的位置。
作为另一种优选方案，本发明所述步骤(2)中，通过低通滤波器调整陀螺仪传输的振动噪声。
本发明结构简单，具有高灵活性，策略性以及良好的协作性，可实现能够不借助于外部设备，依靠自身装置即可实现对机器人移动轨迹的精确定位。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
图1为本发明机器人定位方法的数学转换关系示意图；
图2为本发明机器人位置坐标计算方法示意图；
图3为本发明硬件结构示意图；
图4为本发明系统的流程图。
具体实施方式
如图所示，移动机器人行驶轨迹定位装置，它包括中央处理单元、用于测量机器人旋转角度的陀螺仪以及用于测量机器人水平与垂直方向位移量的传感器；所述陀螺仪与传感器的传输端口分别接中央处理单元的传输端口。
本发明所述传感器采用光学传感装置或光电编码装置。
本发明所述光学传感装置包括光学成像引擎；其主要由CMOS图像感应器及光学定位DSP模块组成；所述CMOS图像感应器负责机器人底部图像的收集并将其同步为二进制的数字图像矩阵；所述光学定位DSP模块负责相邻图像矩阵的分析比较，以此计算在单位时间内机器人移动的水平和垂直距离。
本发明所述光电编码装置采用垂直与水平双向编码装置，其向中央处理单元发出水平与垂直双向移动脉冲数及运动方向数据。
本发明所述陀螺仪采用数字式角速度传感器。
本发明在所述陀螺仪与中央处理单元之间设有振动噪声滤波器。
本发明所述的振动噪声滤波器采用50Hz以下低通滤波器。
移动机器人行驶轨迹定位方法，可按如下步骤依次进行：
(1)将机器人启动位置或某个设定位置记为坐标原点；移动后轨迹定位以该原点为基准；
(2)将陀螺仪角度旋转数据及传感器所采集的水平与垂直方向的位移数据传至中央处理单元进行处理；实际设计时，可通过低通滤波器调整陀螺仪传输的振动噪声；
(3)中央处理单元经数据运算后，得出机器人相对原点的坐标点。
本发明可采用曲线拟合法算出机器人相对原点的位置。
移动机器人的位置坐标计算公式如下：
数学模型公式：
x = ∫ 0 t v cos ( ∫ 0 t ωdt )
y = ∫ 0 t v sin ( ∫ 0 t ωdt )
其中，x、y分别为x、y绝对坐标系下的轴坐标，t为出发时间，v为光学传感系统得出的沿相对坐标系的速度，ω为角速度。
程序离散化公式：
x＝∑j＝0vx·Δt
＝∑j＝0vx·Δt·cos(θ+Δθ)
＝∑j＝0vx·Δt·cos(∑i＝0ωi·Δt)
y＝∑j＝0vy·Δt
＝∑j＝0v·Δt·sin(θ+Δθ)
＝∑j＝0v·Δt·sin(∑i＝0ωi·Δt)
其中，x、y、ω同上，Δt为微处理器取样时间。
本发明光学传感装置用于测量移动机器人在水平和垂直方向上行走的距离，光学传感装置也可采用光电式鼠标实现；所述光电编码装置同样用以测量机器人的行走距离，光电编码装置也可采用滚轮式鼠标实现。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种移动机器人行驶轨迹定位装置，其特征在于，包括中央处理单元、用于测量机器人旋转角度的陀螺仪以及用于测量机器人水平与垂直方向位移量的传感器；所述陀螺仪与传感器的传输端口分别接中央处理单元的传输端口。
2.根据权利要求1所述的移动机器人行驶轨迹定位装置，其特征在于：所述传感器采用光学传感装置或光电编码装置。
3.根据权利要求2所述的移动机器人行驶轨迹定位装置，其特征在于：所述光学传感装置包括光学成像引擎；其主要由CMOS图像感应器及光学定位DSP模块组成；所述CMOS图像感应器负责机器人底部图像的收集并将其同步为二进制的数字图像矩阵；所述光学定位DSP模块负责相邻图像矩阵的分析比较，以此计算在单位时间内机器人移动的水平和垂直距离。
4.根据权利要求3所述的移动机器人行驶轨迹定位装置，其特征在于：所述光电编码装置采用垂直与水平双向编码装置，其向中央处理单元发出水平与垂直双向移动脉冲数及运动方向数据。
5.根据权利要求4所述的移动机器人行驶轨迹定位装置，其特征在于：所述陀螺仪采用数字式角速度传感器。
6.根据权利要求5所述的移动机器人行驶轨迹定位装置，其特征在于：在所述陀螺仪与中央处理单元之间设有振动噪声滤波器。
7.根据权利要求6所述的移动机器人行驶轨迹定位装置，其特征在于：所述的振动噪声滤波器采用50Hz以下低通滤波器。
8.一种如权利要求1～7之任一所述的移动机器人行驶轨迹定位方法，其特征在于，按如下步骤依次进行：
(1)将机器人启动位置或某个设定位置记为坐标原点；移动后轨迹定位以该原点为基准；
(2)将陀螺仪角度旋转数据及传感器所采集的水平与垂直方向的位移数据传至中央处理单元进行处理；
(3)中央处理单元经数据运算后，得出机器人相对原点的坐标点。
9.根据权利要求8所述的移动机器人行驶轨迹定位方法，其特征在于：采用曲线拟合法算出机器人相对原点的位置。
10.根据权利要求9所述的移动机器人行驶轨迹定位方法，其特征在于：所述步骤(2)中，通过低通滤波器调整陀螺仪传输的振动噪声。
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