CN102637035A - 自动移动平台的局部定位系统 - Google Patents

Abstract

自动移动平台的局部定位系统，包括机身，在所述的机身底部的左右两边设置左驱动轮和右驱动轮，所述的左驱动轮和右驱动轮同轴设置，所述的左驱动轮连接左减速箱，所述的左减速箱连接左驱动电机，所述的左驱动电机安装左编码盘，所述的左编码盘输出编码信号，所述的右驱动轮连接右减速箱，所述的右减速箱连接右驱动电机，所述的右驱动电机右编码盘，所述的右编码盘输出编码信号，在所述的机身底部还设置一个支撑轮，还包括电子控制装置，连接所述的左驱动电机、右驱动电机、左编码盘和右编码盘，所述的电子控制装置设置微处理器，所述的微处理器设置局部定位算法，所述的局部定位算法可以在局部范围内为所述的自动移动平台提供有效的定位数据。

Description

自动移动平台的局部定位系统

技术领域

本发明涉及一种自动移动平台的局部定位系统，属于移动机器人控制技术领域。 

背景技术

定位是自动移动平台确定自身位置的功能，是对人类方位感的模拟。基于可靠的定位数据，自动移动平台才可以进行任务规划，执行设定任务。目前对定位的解决方案主要有以下几种方法。1、使用全球定位系统。这种方法只能适用于室外移动平台，并且定位精度也是有限的；2、使用激光雷达测距仪。这种设备一次只能测量一个方向上的距离，因为需要加装旋转装置进行一定范围内扫描获得单个平面内的障碍物信息，然后与环境地图进行配对，获取位置信息。因此这种定位方式具有设备价格昂贵，获得信息不全面，算法实时性差的缺点；3、使用计算机视觉系统。这种方法可以获得丰富的环境信息，不仅可以获取视觉范围内的障碍物距离信息，还可以识别特征点。因此即可以通过特征点配对的方式获取位置信息，也可以与环境地图进行配对获取位置信息。但是计算机视觉系统不仅硬件设备价格昂贵，而且算法复杂，实时性差，不能满足实际应用要求。 

发明内容

本发明的目的是为了提供一种可用于自动移动平台的局部定位系统，采集安装在驱动电机上的编码器信号进行局部定位计算,具有系统结构简单，定位算法实时性高，运算速度快的优点。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

自动移动平台的局部定位系统，包括起支撑和容纳作用的机身，在所述的机身底部的左右两边设置左驱动轮和右驱动轮，所述的左驱动轮和右驱动轮同轴设置，所述的左驱动轮连接左减速箱，所述的左减速箱连接左驱动电机，所述的左驱动电机的旋转轴一端安装左编码盘，所述的左编码盘输出可判断方向的编码信号，所述的右驱动轮连接右减速箱，所述的右减速箱连接右驱动电机，所述的右驱动电机的旋转轴一端安装右编码盘，所述的右编码盘输出可判断方向的编码信号，在所述的机身底部还设置一个支撑轮，还包括电子控制装置，所述的电子控制装置连接所述的左驱动电机、右驱动电机、左编码盘和右编码盘，所述的电子控制装置设置可执行控制算法的微处理器，所述的微处理器设置局部定位算法，所述的局部定位算法包括一下步骤：

（1）在采样周期内，所述的微处理器记录所述的左编码器和右编码盘输出的编码信号的脉冲数LPCount和RPCount；

（2）计算在采样周期内所述的自动移动平台旋转角度△θ= 2π·R(RPCount - LPCount)/(LrN)，累计可以获得所述的自动移动平台的方位角θ=θ+△θ，其中参数r为所述的左减速箱和右减速箱的减速比，参数R为所述的左驱动轮和右驱动轮的半径，参数L为所述的左驱动轮和右驱动轮的距离, 参数N为所述的左编码盘和右编码盘旋转一圈输出编码器信号的数量；

（3）计算在采样周期内，所述的自动移动平台的移动距离d=( RPCount + LPCount) R/（r N）;

（4）计算在采样周期内，所述的自动移动平台在x坐标轴上的移动距离△x=dcosθ，在y坐标轴上的移动距离△y=dsinθ；

（5）累计计算获得所述的自动移动平台的x坐标值x=x+△x，累计计算获得所述的自动移动平台的y坐标值y=y+△y。

本发明的有益效果主要表现在：1、局部定位算法简单可靠，运算速度快；2、在局部范围内定位性能满足实际应用要求；3、对系统硬件要求不高，应用范围广。 

附图说明

图1是自动移动平台的侧视图； 

图2是自动移动平台的左侧驱动结构示意图；

图3是自动移动平台的运动模型。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。 

参照图1—图3，自动移动平台的局部定位系统，包括起支撑和容纳作用的机身1，在所述的机身1底部的左右两边设置左驱动轮3和右驱动轮2，所述的左驱动轮3和右驱动轮2同轴设置，所述的左驱动轮3连接左减速箱4，所述的左减速箱4连接左驱动电机5，所述的左驱动电机5的旋转轴一端安装左编码盘6，所述的左编码盘6输出可判断方向的编码信号。同样，所述的右驱动轮2连接右减速箱，所述的右减速箱连接右驱动电机，所述的右驱动电机的旋转轴一端安装右编码盘，所述的右编码盘输出可判断方向的编码信号，在所述的机身1底部还设置一个支撑轮。在所述的左驱动电机5和右驱动电机的驱动下，所述的自动移动平台可以直行，后退，转弯和原地旋转。 

还包括进行集中控制的电子控制装置，所述的电子控制装置连接所述的左驱动电机5、右驱动电机、左编码盘6和右编码盘，所述的电子控制装置设置可执行控制算法的微处理器，以及电机驱动电路和障碍物检测电路。所述的电机驱动电路可以驱动所述的左驱动电机5和右驱动电机进行正转、反转以及制动。所述的障碍物检测电路用于测量前方障碍物的距离，避免碰撞，也可以为路径规户提供信息。所述的左编码盘6和右编码盘输出的编码器信号连接所述的微处理器的端口上。 

所述的微处理器设置局部定位算法，所述的局部定位算法包括一下步骤： 

（1）在采样周期内，所述的微处理器记录所述的左编码器6和右编码盘输出的编码信号的脉冲数LPCount和RPCount；

（2）计算在采样周期内所述的自动移动平台旋转角度△θ= 2π·R(RPCount - LPCount)/(LrN)，累计可以获得所述的自动移动平台的方位角θ=θ+△θ，其中参数r为所述的左减速箱4和右减速箱的减速比，参数R为所述的左驱动轮3和右驱动轮2的半径，参数L为所述的左驱动轮3和右驱动轮2的距离, 参数N为所述的左编码盘6和右编码盘旋转一圈输出编码器信号的数量；

（3）计算在采样周期内，所述的自动移动平台的移动距离d=( RPCount + LPCount) R/（r N）;

（4）计算在采样周期内，所述的自动移动平台在x坐标轴上的移动距离△x=dcosθ，在y坐标轴上的移动距离△y=dsinθ；

（5）累计计算获得所述的自动移动平台的x坐标值x=x+△x，累计计算获得所述的自动移动平台的y坐标值y=y+△y。

       在所述的步骤（2）中，将采样周期内所述的自动移动平台的运动近似为两轮差速的旋转运动，如图3所示，因此方位角的变化△θ等于扇形的圆心角，该扇形的半径为L，弧长为两轮行走距离的差值。 

       在所述的步骤（3）中，所述的自动移动平台的移动距离d为所述的左驱动轮3和右驱动轮2的行走距离的平均值。在所述的步骤（4）中，将所述的自动移动平台的移动距离d近似为朝方位角θ方向进行的直线运动，因为通过三角形定律就可以计算出所述的自动移动平台的在x、y坐标轴上的移动距离。 

       综上所述，本专利基于两个驱动电机上的编码器输出的信号进行自动移动平台的位置计算，在局部范围内定位性能满足实际应用要求，具有算法简单可靠，运算速度快，对系统硬件要求不高，应用范围广的优点。 

Claims (1)

1.自动移动平台的局部定位系统，包括起支撑和容纳作用的机身，在所述的机身底部的左右两边设置左驱动轮和右驱动轮，所述的左驱动轮和右驱动轮同轴设置，所述的左驱动轮连接左减速箱，所述的左减速箱连接左驱动电机，所述的左驱动电机的旋转轴一端安装左编码盘，所述的左编码盘输出可判断方向的编码信号，所述的右驱动轮连接右减速箱，所述的右减速箱连接右驱动电机，所述的右驱动电机的旋转轴一端安装右编码盘，所述的右编码盘输出可判断方向的编码信号，在所述的机身底部还设置一个支撑轮，还包括电子控制装置，所述的电子控制装置连接所述的左驱动电机、右驱动电机、左编码盘和右编码盘，所述的电子控制装置设置可执行控制算法的微处理器，其特征在于：所述的微处理器设置局部定位算法，所述的局部定位算法包括一下步骤：

（1）在采样周期内，所述的微处理器记录所述的左编码器和右编码盘输出的编码信号的脉冲数LPCount和RPCount；

（2）计算在采样周期内所述的自动移动平台旋转角度△θ= 2π·R·(RPCount - LPCount)/(L·r·N)，累计可以获得所述的自动移动平台的方位角θ=θ+△θ，其中参数r为所述的左减速箱和右减速箱的减速比，参数R为所述的左驱动轮和右驱动轮的半径，参数L为所述的左驱动轮和右驱动轮的距离, 参数N为所述的左编码盘和右编码盘旋转一圈输出编码器信号的数量；

（3）计算在采样周期内，所述的自动移动平台的移动距离d=( RPCount + LPCount) ·R·π/（r ·N）;

（4）计算在采样周期内，所述的自动移动平台在x坐标轴上的移动距离△x=d·cosθ，在y坐标轴上的移动距离△y=d·sinθ；

（5）累计计算获得所述的自动移动平台的x坐标值x=x+△x，累计计算获得所述的自动移动平台的y坐标值y=y+△y。

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