CN107962568A - 一种机器人的实时定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机器人的实时定位方法，其方法包括：S10建立机器人坐标系、参考坐标系；S20在一个单位采集时间内，采集机器人在所述机器人坐标系上的运动线速度、所述机器人的自转角速度；S30根据在机器人坐标系上的运动线速度，上一单位采集时间内机器人坐标系与参考坐标系的上一夹角、以及机器人在所述参考坐标系上的上一坐标；计算出机器人在参考坐标系上的当前坐标；S40根据上一单位采集时间内机器人坐标系与参考坐标系的夹角，以及采集到的自转角速度；计算出机器人坐标系与参考坐标系的当前夹角；S50将步骤S30中的上一夹角更换为当前夹角，上一坐标更换为当前坐标；返回步骤S20。实现了实时准确的定位。

Description

一种机器人的实时定位方法及系统

技术领域

本发明涉及机器人定位领域，尤指一种机器人的实时定位方法及系统。

背景技术

如今机器人行业蓬勃发展，机器人逐渐融入人们的工作和生活之中。对于很多服务型机器人，定位是必须解决的一个问题。机器人自我定位是利用先验环境地图信息、机器人位姿的当前估计及传感器的观测值等输入信息，经过一定的处理和变换，进而更加准确的对机器人当前位姿进行估计。定位中通常使用的内部传感器有编码器、里程计和惯性导航仪等。外部传感器有超声传感器、激光测距仪、视觉传感器等。

目前有很多机器人的定位方法：1、直接在机器人自身的轮子上安装编码器，通过编码器采集到的数据得到每个轮子转动的距离，根据各个轮子之间的位置关系计算出机器人的位移。这种方法不需要外加设备，节省了一部分预算。在算法上也比较容易实现。缺点是精度不高，在轮子打滑的情况下坐标会产生偏差。2、巡白线。在地上贴上一条白线，利用安装在机器人身上的摄像头进行识别调整机器人行进路径使机器人可以沿着白线前进。这种方法的优势在于预算低，算法简单。缺点是白线维护困难，路径规划不自由，每规划一次就要重新贴一次白线。3、在机器人上安装惯性导航仪，利用现有成熟的算法计算出机器人自身的坐标。此方法缺点是精度不高。

因此，需要发明一种定位精度高、能够实现实时定位的定位方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种机器人的实时定位方法及系统，实现了实时准确的定位。

本发明提供的技术方案如下：

本发明提供一种机器人的实时定位方法，包括步骤：S10建立机器人坐标系、参考坐标系；S20在一个单位采集时间内，采集机器人在所述机器人坐标系上的运动线速度，以及所述机器人的自转角速度；S30根据所述运动线速度，上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角、以及所述机器人在所述参考坐标系上的上一坐标；计算出所述机器人在所述参考坐标系上的当前坐标；S40根据上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角，以及采集到的所述自转角速度；计算出所述机器人坐标系与所述参考坐标系的当前夹角；S50将步骤S30中所述的上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角更换为所述机器人坐标系与所述参考坐标系的当前夹角，所述机器人在所述参考坐标系上的上一坐标更换为所述机器人在所述参考坐标系上的当前坐标；返回步骤S20。

优选的，步骤S50之后还包括步骤：S60当所述机器人检测到工作环境内布置的预设定位标志时，根据所述预设定位标志在所述参考坐标系上的预设坐标，对所述机器人在所述参考坐标系上的当前坐标进行更正。

优选的，步骤S20具体包括：S201通过分别位于机器人坐标系x轴和y轴上的码盘，采集所述机器人在所述机器人坐标系x轴上的运动线速度和y轴上的运动线速度；S202根据所述机器人上的陀螺仪采集所述机器人的自转角速度。

优选的，步骤S30具体包括：S301根据在所述机器人坐标系上x轴方向的运动线速度和y轴方向的运动线速度，计算出所述机器人在所述机器人坐标系上x轴方向的位移和y轴方向的位移；S302根据在所述机器人坐标系上x轴方向的位移和y轴方向的位移，以及上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角；计算出所述机器人在所述参考坐标系上的坐标偏移量；S303根据上一单位采集时间内所述机器人在所述参考坐标系上的上一坐标，以及所述坐标偏移量；计算出所述机器人在所述参考坐标系上的当前坐标。

优选的，所述步骤S301所述的根据在x轴方向的运动线速度和y轴方向的运动线速度，计算出所述机器人在所述机器人坐标系上x轴方向的位移和y轴方向的位移，其计算公式为：

S₁＝V₁×t；

S₂＝V₂×t；

其中，V₁为所述机器人在所述机器人坐标系中x轴方向上的运动线速度，V₂为所述机器人在所述机器人坐标系中y轴方向上的运动线速度，S₁为所述机器人在所述机器人坐标系中x轴方向上的位移，S₂为所述机器人在所述机器人坐标系中y轴方向上的位移，t为一个单位采集时间；

所述步骤S302所述的根据在所述机器人坐标系上x轴方向的位移和y轴方向的位移，以及上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角；计算出所述机器人在所述参考坐标系上的坐标偏移量，其计算公式为：

ΔX＝S₁·cosθ-S₂·sinθ；

ΔX＝S₁·cosθ-S₂·sinθ；

其中，ΔX为所述机器人在所述地图坐标中X轴方向上的坐标偏移量，ΔY为所述机器人在所述地图坐标中Y轴方向上的坐标偏移量，θ为上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角；

所述步骤S303所述的根据上一单位采集时间内所述机器人在所述参考坐标系上的上一坐标，以及所述坐标偏移量；计算出所述机器人在所述参考坐标系上的当前坐标，其计算公式为：

X₁＝X+ΔX；

Y₁＝Y+ΔY；

其中，X为上一单位采集时间内所述机器人在所述地图坐标中X轴方向上的上一坐标，Y为上一单位采集时间内所述机器人在所述地图坐标中Y轴方向上的上一坐标，X₁为所述机器人在所述地图坐标中X轴方向上的当前坐标；Y₁为所述机器人在所述地图坐标中Y轴方向上的当前坐标。

优选的，步骤S40中根据上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角，以及采集到的所述自转角速度计算出所述机器人坐标系与所述参考坐标系的当前夹角；其计算公式为：

θ₁＝θ+ω·t；

其中，θ为所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角，θ₁为所述机器人坐标系与所述参考坐标系的当前夹角，ω为所述机器人的自转角速度，t为一个单位采集时间。

本发明还提供了一种机器人的实时定位系统，包括：坐标系构建模块，建立机器人坐标系、参考坐标系；采集模块，用于在一个单位采集时间内，采集机器人在所述机器人坐标系上的运动线速度，以及所述机器人的自转角速度；计算模块，分别与所述采集模块、所述坐标系构建模块电连接，根据在所述机器人坐标系上的运动线速度，上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角、以及所述机器人在所述参考坐标系上的上一坐标；计算出所述机器人在所述参考坐标系上的当前坐标；所述计算模块还用于，根据上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角，以及采集到的所述自转角速度；计算出所述机器人坐标系与所述参考坐标系的当前夹角；数据重置模块，与所述计算模块电连接，用于将上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角更换为所述机器人坐标系与所述参考坐标系的当前夹角，所述机器人在所述参考坐标系上的上一坐标更换为所述机器人在所述参考坐标系上的当前坐标。

优选的，还包括：坐标更新模块，用于当所述机器人检测到工作环境内布置的预设定位标志时，根据所述预设定位标志在所述参考坐标系上的预设坐标，对所述机器人在所述参考坐标系上的当前坐标进行更正。

优选的，其特征在于：所述采集模块还用于，用于通过分别位于机器人坐标系x轴和y轴上的码盘，采集所述机器人在所述机器人坐标系x轴上的运动线速度和y轴上的运动线速度；所述采集模块还用于，用于根据所述机器人上的陀螺仪采集所述机器人的自转角速度。

优选的，所述计算模块包括：

位移计算子模块，用于根据在所述机器人坐标系上x轴方向的运动线速度和y轴方向的运动线速度，计算出所述机器人在所述机器人坐标系上x轴方向的位移和y轴方向的位移；

偏移量计算子模块，用于根据在所述机器人坐标系上x轴方向的位移和y轴方向的位移，以及上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角；计算出所述机器人在所述参考坐标系上的坐标偏移量；

坐标计算子模块，用于根据上一单位采集时间内所述机器人在所述参考坐标系上的上一坐标，以及所述坐标偏移量；计算出所述机器人在所述参考坐标系上的当前坐标。

通过本发明提供的一种机器人的实时定位方法及系统，能够带来以下至少一种有益效果：

1、在每一个单位采集时间内，机器人能够精确地采集机器人的运动线速度和自转角速度，并通过运动线速度和自转角速度有效计算出机器人的位姿，反应在参考坐标系中，同时更新当前所述机器人坐标系与所述参考坐标系的夹角，提高机器人定位的精度；在下一个单位采集时间内，机器人会再次采集当前的运动线速度和自转角速度，来完成新的一轮定位，实现实时的定位。

2、由于机器人采集的运动线速度和自转角速度并不一定和实际的运动线速度和自转角速度一致，在定位过程中难免会产生一定的偏差，因此，在参考坐标系中设置一些定位标志，当机器人检测到所述定位标志时，能够获取所述定位标志的坐标，对计算得到的机器人在所述参考坐标系上的坐标进行更正。

3、在机器人上安装有正交的码盘，在检测机器人运动线速度的时候，即使轮子打滑，也能够精确地采集机器人运动线速度；在机器人上安装的陀螺仪能够精确测量机器人在运动过程中转动的自转角速度。

4、通过采集到的在机器人坐标系上的运动线速度，可以有效计算出在机器人坐标系上的位移，再根据机器人坐标系与参考坐标系的夹角，能有效计算出机器人在所述参考坐标系上的坐标偏移量，再根据上一单位采集时间的坐标，能有效计算当前机器人的坐标，本发明的计算方法简单，计算得到的坐标精度也高，对机器人内部处理器的要求低，降低了机器人的制作成本。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种机器人的实时定位方法及系统的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本发明一种机器人的实时定位方法的一个实施例的流程图；

图2是本发明一种机器人的实时定位方法的另一个实施例的流程图；

图3是本发明中机器人坐标系与参考坐标的示意图；

图4是本发明一种机器人的实时定位系统的另一个实施例的结构示意图；

图5是本发明一种机器人的实时定位系统的另一个实施例的结构示意图。

附图标号说明：

1-机器人、11-坐标系构建模块、12-采集模块、13-计算模块、131-位移计算子模块、132-偏移量计算子模块、133-坐标计算子模块、14-数据重置模块、15-坐标更新模块。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

本发明一种机器人的实时定位方法及系统的一个实施例，如图1所示，包括：

S10建立机器人坐标系、参考坐标系；

S20在一个单位采集时间内，采集机器人在所述机器人坐标系上的运动线速度，以及所述机器人的自转角速度；

S30根据所述运动线速度，上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角、以及所述机器人在所述参考坐标系上的上一坐标；计算出所述机器人在所述参考坐标系上的当前坐标；

S40根据上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角，以及采集到的所述自转角速度；计算出所述机器人坐标系与所述参考坐标系的当前夹角；

S50将步骤S30中所述的上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角更换为所述机器人坐标系与所述参考坐标系的当前夹角，所述机器人在所述参考坐标系上的上一坐标更换为所述机器人在所述参考坐标系上的当前坐标；返回步骤S20。

具体的，本实施例中，可以根据机器人自身的结构建立机器人坐标系，比如以机器人的正反面方向为y轴，以机器人的侧面为x轴。根据机器人的工作环境的地图情况建立参考坐标系。本发明的目的就是要在所述参考坐标系中进行机器人的精确定位。

由于机器人在工作的时候会不断的运动，但是在一个非常短的时间内，可以将机器人的运动看做是匀速直线运动的，因此，机器人在一个单位采集时间内，采集自身在所述机器人坐标系上的运动线速度可以看做是不变的。由于机器人在运动的时候，机器人坐标系和参考坐标系会有夹角，因此，机器人可以根据所述机器人坐标系上的运动线速度、上一单位采集时间所述机器人坐标系与所述参考坐标系的夹角，计算出当前机器人在所述参考坐标系上的坐标。机器人在移动时，其运动线速度和自转角速度不是一成不变的，因此要在每个单位时间更新其计算所需要用到的数据，在新的一个单位采集时间内，会重新采集在机器人坐标系上的运动线速度，以及自转角速度，并重新更新机器人坐标系与参考坐标系之间的夹角，从而更新计算所需要用到的数据，完成新的一轮定位，在下一单位采集时间，也是同样如此，从而可以实现机器人的实时定位。

本发明一种机器人的实时定位方法及系统的另一个实施例，如图2所示，包括：

S10建立机器人坐标系、参考坐标系；

S201通过分别位于机器人坐标系x轴和y轴上的码盘，采集所述机器人在所述机器人坐标系x轴上的运动线速度和y轴上的运动线速度；

S202根据所述机器人上的陀螺仪采集所述机器人的自转角速度；

S301根据在所述机器人坐标系上x轴方向的运动线速度和y轴方向的运动线速度，计算出所述机器人在所述机器人坐标系上x轴方向的位移和y轴方向的位移；

S302根据在所述机器人坐标系上x轴方向的位移和y轴方向的位移，以及上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角；计算出所述机器人在所述参考坐标系上的坐标偏移量；

S303根据上一单位采集时间内所述机器人在所述参考坐标系上的上一坐标，以及所述坐标偏移量；计算出所述机器人在所述参考坐标系上的当前坐标；

S40根据上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角，以及采集到的所述自转角速度；计算出所述机器人坐标系与所述参考坐标系的当前夹角；

S50将步骤S30中所述的上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角更换为所述机器人坐标系与所述参考坐标系的当前夹角，所述机器人在所述参考坐标系上的上一坐标更换为所述机器人在所述参考坐标系上的当前坐标；返回步骤S20；

S60当所述机器人检测到在所述参考坐标系上预设的定位标志时，根据所述定位标志在所述参考坐标系上的坐标，对当前机器人在所述参考坐标系上的坐标进行更正；所述定位标志，所述定位标志包括：二维码、条形码、标记白线、可识别图像。

具体的，本实施例中，由于机器人通过采集到的运动线速度和自转角速度计算在参考坐标系上的坐标时，由于采集到的运动线速度和自转角速度和实际有所偏差，因此需要在一定的时候对机器人在参考坐标系上的坐标进行更正。本实施例中，可以在机器人的底部设置一个摄像头，在机器人工作环境的地面上安装一些二维码，并预先设置这些二维码在参考坐标系上的坐标，并将坐标储存在二维码中。机器人在行走过程中若是扫描到了二维码，会读取二维码在参考坐标系上的坐标，并将二维码的坐标替换为机器人的当前坐标，进而更正机器人在参考坐标系上的坐标。

除此以外，还可以在机器人的工作环境内设置一些不相同的可识别图像，分别将这些可识别图像对应的坐标以列表的形式储存在机器人处理器、或者管理机器人的服务器中，当机器人扫描到可识别图像时，会在处理器或者服务器中查找所述可识别图像对应的坐标，并替换为机器人的当前坐标，进而更正机器人在参考坐标系上的坐标。

除了二维码、可识别图像可以作为定位标志以外，还可以用、条形码、标记白线等等作为定位标志，此处不再赘述。

如图3所示，在机器人上，可以安装两个正交的码盘来检测机器人在机器人坐标系上的运动线速度，优选的，两个正交的码盘分别可以位于机器人坐标系的x轴和y轴上，机器人可以通过运动线速度计算出在机器人坐标系上x轴的运动线速度和y轴上的运动线速度；从而可以通过第一单位采集时间，计算出所述机器人在所述机器人坐标系上x轴方向的位移和y轴方向的位移；由于机器人在移动的时候，其机器人坐标系和参考坐标系有一个夹角，因此，可以根据在所述机器人坐标系上x轴方向的位移和y轴方向的位移，以及上一单位采集时间所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角，计算出所述机器人在所述参考坐标系上的坐标偏移量。其坐标偏移量即为当前机器人的坐标值与机器人上一单位采集时间之间坐标值的偏移，因此根据所述机器人在所述参考坐标系上的上一单位采集时间的坐标，以及所述坐标偏移量，更新所述机器人在所述参考坐标系上的当前坐标。

本发明一种机器人的实时定位方法及系统的一个实施例，包括：

S10建立机器人坐标系、参考坐标系；

S201通过分别位于机器人坐标系x轴和y轴上的码盘，采集所述机器人在所述机器人坐标系x轴上的运动线速度和y轴上的运动线速度；

S202根据所述机器人上的陀螺仪采集所述机器人的自转角速度；

S301根据在所述机器人坐标系上x轴方向的运动线速度和y轴方向的运动线速度，计算出所述机器人在所述机器人坐标系上x轴方向的位移和y轴方向的位移；其计算公式为：

S₁＝V₁×t；

S₂＝V₂×t；

其中，V₁为所述机器人在所述机器人坐标系中x轴方向上的运动线速度，V₂为所述机器人在所述机器人坐标系中y轴方向上的运动线速度，S₁为所述机器人在所述机器人坐标系中x轴方向上的位移，S₂为所述机器人在所述机器人坐标系中y轴方向上的位移，t为一个单位采集时间；

S302根据在所述机器人坐标系上x轴方向的位移和y轴方向的位移，以及上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角；计算出所述机器人在所述参考坐标系上的坐标偏移量；其计算公式为：

ΔX＝S₁·cosθ-S₂·sinθ；

ΔX＝S₁·cosθ-S₂·sinθ；

其中，ΔX为所述机器人在所述地图坐标中X轴方向上的坐标偏移量，ΔY为所述机器人在所述地图坐标中Y轴方向上的坐标偏移量，θ为上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角；

S303根据上一单位采集时间内所述机器人在所述参考坐标系上的上一坐标，以及所述坐标偏移量；计算出所述机器人在所述参考坐标系上的当前坐标；其计算公式为：

X₁＝X+ΔX；

Y₁＝Y+ΔY；

其中，X为上一单位采集时间内所述机器人在所述地图坐标中X轴方向上的上一坐标，Y为上一单位采集时间内所述机器人在所述地图坐标中Y轴方向上的上一坐标，X₁为所述机器人在所述地图坐标中X轴方向上的当前坐标；Y₁为所述机器人在所述地图坐标中Y轴方向上的当前坐标；

S40根据上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角，以及采集到的所述自转角速度；计算出所述机器人坐标系与所述参考坐标系的当前夹角；

S50将步骤S30中所述的上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角更换为所述机器人坐标系与所述参考坐标系的当前夹角，所述机器人在所述参考坐标系上的上一坐标更换为所述机器人在所述参考坐标系上的当前坐标；返回步骤S20；

S60当所述机器人检测到在所述参考坐标系上预设的定位标志时，根据所述定位标志在所述参考坐标系上的坐标，对当前机器人在所述参考坐标系上的坐标进行更正；所述定位标志，所述定位标志包括：二维码、条形码、标记白线、感应图像；其计算公式为：

θ₁＝θ+ω·t；

其中，θ为所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角，θ₁为所述机器人坐标系与所述参考坐标系的当前夹角，ω为所述机器人的自转角速度，t为一个单位采集时间。

具体的，本实施例中，具体对上一实施例的计算过程进行了详细地阐述。首先通过公式S₁＝V₁×t、S₁＝V₁×t，可以根据采集到的机器人在机器人坐标系上x轴和y轴的运动线速度计算出在机器人坐标系上x轴和y轴方向上的位移；然后根据上一单位采集时间机器人坐标系与参考坐标系之间的上一夹角计算出机器人在参考坐标系上的坐标偏移量，其计算公式为：ΔX＝S₁·cosθ-S₂·sinθ、ΔX＝S₁·cosθ-S₂·sinθ；然后根据机器人上一单位采集时间在参考坐标系上的坐标位置，就可以计算出当前机器人在参考坐标系上的坐标位置，其公式为：X₁＝X+ΔX、Y₁＝Y+ΔY。此为一个单位采集时间计算得到的坐标位置，在下一单位时间的计算原理同上，只需要进行数据的迭代即可，此处不再赘述。

本发明一种机器人的实时定位系统的另一个实施例，如图4所示，包括；

坐标系构建模块11，建立机器人坐标系、参考坐标系；

采集模块12，用于在一个单位采集时间内，采集机器人1在所述机器人坐标系上的运动线速度，以及所述机器人1的自转角速度；

计算模块13，分别与所述采集模块12、所述坐标系构建模块11电连接，根据在所述机器人坐标系上的运动线速度，上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角、以及所述机器人1在所述参考坐标系上的上一坐标；计算出所述机器人1在所述参考坐标系上的当前坐标；

所述计算模块13还用于，根据上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角，以及采集到的所述自转角速度；计算出所述机器人坐标系与所述参考坐标系的当前夹角；

数据重置模块14，与所述计算模块13电连接，用于将上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角更换为所述机器人坐标系与所述参考坐标系的当前夹角，所述机器人1在所述参考坐标系上的上一坐标更换为所述机器人1在所述参考坐标系上的当前坐标。

具体的，本实施例中，可以根据机器人1自身的结构建立机器人坐标系，比如以机器人1的正反面方向为y轴，以机器人1的侧面为x轴。根据机器人1的工作的地图情况建立参考坐标系。本发明的目的就是要在所述参考坐标系中进行机器人1的精确定位。采集模块12由正交的码盘和陀螺仪组成，所述正交码盘可以安装在机器人坐标系的x轴和y轴上，用来检测机器人1的运动线速度，陀螺仪安装在机器人1身上，用来检测机器人1的自转角速度。

由于机器人1在工作的时候会不断的运动，但是在一个非常短的时间内，可以将机器人1的运动看做是匀速直线运动的，因此，机器人1在一个单位采集时间内，采集自身在所述机器人坐标系上的运动线速度可以看做是不变的。由于机器人1在运动的时候，机器人坐标系和参考坐标系会有夹角，因此，机器人1可以根据所述机器人坐标系上的运动线速度、上一单位采集时间所述机器人坐标系与所述参考坐标系的夹角，计算出当前机器人1在所述参考坐标系上的坐标。机器人1在移动时，其运动线速度和自转角速度不是一成不变的，因此要在每个单位时间更新其计算所需要用到的数据，在新的一个单位采集时间内，会重新采集在机器人坐标系上的运动线速度，以及自转角速度，可以重新更新机器人坐标系与参考坐标系之间的夹角，从而更新计算所需要用到的数据，完成新的一轮定位，在下一单位采集时间，也是同样如此，从而可以实现机器人1的实时定位。

本发明一种机器人的实时定位系统的一个实施例，如图5所示，包括：

坐标系构建模块11，建立机器人坐标系、参考坐标系；

采集模块12，用于在一个单位采集时间内，采集机器人1在所述机器人坐标系上的运动线速度，以及所述机器人1的自转角速度；

计算模块13，分别与所述采集模块12、所述坐标系构建模块11电连接，根据在所述机器人坐标系上的运动线速度，上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角、以及所述机器人1在所述参考坐标系上的上一坐标；计算出所述机器人1在所述参考坐标系上的当前坐标；

所述计算模块13还用于，根据上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角，以及采集到的所述自转角速度；计算出所述机器人坐标系与所述参考坐标系的当前夹角；

数据重置模块14，与所述计算模块13电连接，用于将上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角更换为所述机器人坐标系与所述参考坐标系的当前夹角，所述机器人1在所述参考坐标系上的上一坐标更换为所述机器人1在所述参考坐标系上的当前坐标。

坐标更新模块15，用于当所述机器人1检测到工作环境内布置的预设定位标志时，根据所述预设定位标志在所述参考坐标系上的预设坐标，对所述机器人1在所述参考坐标系上的当前坐标进行更正。

所述采集模块12还用于，用于通过分别位于机器人坐标系x轴和y轴上的码盘，采集所述机器人1在所述机器人坐标系x轴上的运动线速度和y轴上的运动线速度；

所述采集模块12还用于，用于根据所述机器人1上的陀螺仪采集所述机器人1的自转角速度。

所述计算模块13包括：

位移计算子模块131，用于根据在所述机器人坐标系上x轴方向的运动线速度和y轴方向的运动线速度，计算出所述机器人1在所述机器人坐标系上x轴方向的位移和y轴方向的位移；

偏移量计算子模块132，用于根据在所述机器人坐标系上x轴方向的位移和y轴方向的位移，以及上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角；计算出所述机器人1在所述参考坐标系上的坐标偏移量；

坐标计算子模块133，用于根据上一单位采集时间内所述机器人1在所述参考坐标系上的上一坐标，以及所述坐标偏移量；计算出所述机器人1在所述参考坐标系上的当前坐标。

所述位移计算子模块131，还用于根据在x轴方向的运动线速度和y轴方向的运动线速度，计算出所述机器人1在所述机器人坐标系上x轴方向的位移和y轴方向的位移，其计算公式为：

S₁＝V₁×t；

S₂＝V₂×t；

其中，V₁为所述机器人1在所述机器人坐标系中x轴方向上的运动线速度，V₂为所述机器人在所述机器人坐标系中y轴方向上的运动线速度，S₁为所述机器人在所述机器人坐标系中x轴方向上的位移，S₂为所述机器人在所述机器人坐标系中y轴方向上的位移，t为一个单位采集时间；

所述偏移量计算子模块132，还用于根据在所述机器人坐标系上x轴方向的位移和y轴方向的位移，以及上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角；计算出所述机器人1在所述参考坐标系上的坐标偏移量，其计算公式为：

ΔX＝S₁·cosθ-S₂·sinθ；

ΔX＝S₁·cosθ-S₂·sinθ；

其中，ΔX为所述机器人1在所述地图坐标中X轴方向上的坐标偏移量，ΔY为所述机器人1在所述地图坐标中Y轴方向上的坐标偏移量，θ为上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角；

所述偏移量计算子模块132，还用于根据上一单位采集时间内所述机器人1在所述参考坐标系上的上一坐标，以及所述坐标偏移量；计算出所述机器人1在所述参考坐标系上的当前坐标，其计算公式为：

X₁＝X+ΔX；

Y₁＝Y+ΔY；

其中，X为上一单位采集时间内所述机器人1在所述地图坐标中X轴方向上的上一坐标，Y为上一单位采集时间内所述机器人1在所述地图坐标中Y轴方向上的上一坐标，X₁为所述机器人1在所述地图坐标中X轴方向上的当前坐标；Y₁为所述机器人1在所述地图坐标中Y轴方向上的当前坐标。

所述计算模块13还用于，根据上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角，以及采集到的所述自转角速度计算出所述机器人坐标系与所述参考坐标系的当前夹角；其计算公式为：

θ₁＝θ+ω·t；

其中，θ为所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角，θ₁为所述机器人坐标系与所述参考坐标系的当前夹角，ω为所述机器人1的自转角速度，t为一个单位采集时间。

具体的，本实施例中，由于机器人1通过采集到的运动线速度和自转角速度计算在参考坐标系上的坐标时，由于采集到的运动线速度和自转角速度和实际有所偏差，因此需要在一定的时候对机器人1在参考坐标系上的坐标进行更正。本实施例中，可以在机器人1的底部设置一个摄像头，在机器人1工作环境的地面上安装一些二维码，并预先设置这些二维码在参考坐标系上的坐标，并将坐标储存在二维码中。机器人1在行走过程中若是扫描到了二维码，会读取二维码在参考坐标系上的坐标，并将二维码的坐标替换为机器人1的当前坐标，进而更正机器人1在参考坐标系上的坐标。

除此以外，还可以在机器人1的工作环境内设置一些不相同的可识别图像，分别将这些可识别图像对应的坐标以列表的形式储存在机器人1的处理器、或者管理机器人1的服务器中，当机器人1扫描到可识别图像时，会在处理器或者服务器中查找所述可识别图像对应的坐标，并替换为机器人1的当前坐标，进而更正机器人1在参考坐标系上的坐标。

除了二维码、可识别图像可以作为定位标志以外，还可以用、条形码、标记白线等等作为定位标志，此处不再赘述。

所述机器人1可以通过第一单位采集时间采集到的数据，计算出所述机器人1在所述机器人坐标系上x轴方向的位移和y轴方向的位移；由于机器人1在移动的时候，其机器人坐标系和参考坐标系有一个夹角，因此，可以根据在所述机器人坐标系上x轴方向的位移和y轴方向的位移，以及上一单位采集时间所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角，计算出所述机器人1在所述参考坐标系上的坐标偏移量。其坐标偏移量即为当前机器人1的坐标值与机器人1上一单位采集时间之间坐标值的偏移，因此根据所述机器人1在所述参考坐标系上的上一单位采集时间的坐标，以及所述坐标偏移量，更新所述机器人1在所述参考坐标系上的当前坐标。

具体的，本实施例中，具体对上一实施例的计算过程进行了详细地阐述。首先通过公式S₁＝V₁×t、S₁＝V₁×t，可以根据采集到的机器人1在机器人坐标系上x轴和y轴的运动线速度计算出在机器人坐标系上x轴和y轴方向上的位移；然后根据上一单位采集时间机器人坐标系与参考坐标系之间的上一夹角计算出机器人1在参考坐标系上的坐标偏移量，其计算公式为：ΔX＝S₁·cosθ-S₂·sinθ、ΔX＝S₁·cosθ-S₂·sinθ；然后根据机器人1上一单位采集时间在参考坐标系上的坐标位置，就可以计算出当前机器人1在参考坐标系上的坐标位置，其公式为：X₁＝X+ΔX、Y₁＝Y+ΔY。此为一个单位采集时间计算得到的坐标位置，在下一单位时间的计算原理同上，只需要进行数据的迭代即可，此处不再赘述。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种机器人的实时定位方法，其特征在于，包括步骤：

S10建立机器人坐标系、参考坐标系；

S20在一个单位采集时间内，采集机器人在所述机器人坐标系上的运动线速度，以及所述机器人的自转角速度；

S30根据所述运动线速度，上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角、以及所述机器人在所述参考坐标系上的上一坐标；计算出所述机器人在所述参考坐标系上的当前坐标；

S40根据上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角，以及采集到的所述自转角速度；计算出所述机器人坐标系与所述参考坐标系的当前夹角；

S50将步骤S30中所述的上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角更换为所述机器人坐标系与所述参考坐标系的当前夹角，所述机器人在所述参考坐标系上的上一坐标更换为所述机器人在所述参考坐标系上的当前坐标；返回步骤S20。

2.根据权利要求1所述的一种机器人的实时定位方法，其特征在于，步骤S50之后还包括步骤：

S60当所述机器人检测到工作环境内布置的预设定位标志时，根据所述预设定位标志在所述参考坐标系上的预设坐标，对所述机器人在所述参考坐标系上的当前坐标进行更正。

3.根据权利要求1所述的一种机器人的实时定位方法，其特征在于，步骤S20具体包括：

S201通过分别位于机器人坐标系x轴和y轴上的码盘，采集所述机器人在所述机器人坐标系x轴上的运动线速度和y轴上的运动线速度；

S202根据所述机器人上的陀螺仪采集所述机器人的自转角速度。

4.根据权利要求3所述的一种机器人的实时定位方法，其特征在于，步骤S30具体包括：

S301根据在所述机器人坐标系上x轴方向的运动线速度和y轴方向的运动线速度，计算出所述机器人在所述机器人坐标系上x轴方向的位移和y轴方向的位移；

S302根据在所述机器人坐标系上x轴方向的位移和y轴方向的位移，以及上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角；计算出所述机器人在所述参考坐标系上的坐标偏移量；

S303根据上一单位采集时间内所述机器人在所述参考坐标系上的上一坐标，以及所述坐标偏移量；计算出所述机器人在所述参考坐标系上的当前坐标。

5.根据权利要求4所述的一种机器人的实时定位方法，其特征在于：

所述步骤S301所述的根据在x轴方向的运动线速度和y轴方向的运动线速度，计算出所述机器人在所述机器人坐标系上x轴方向的位移和y轴方向的位移，其计算公式为：

S₁＝V₁×t；

S₂＝V₂×t；

其中，V₁为所述机器人在所述机器人坐标系中x轴方向上的运动线速度，V₂为所述机器人在所述机器人坐标系中y轴方向上的运动线速度，S₁为所述机器人在所述机器人坐标系中x轴方向上的位移，S₂为所述机器人在所述机器人坐标系中y轴方向上的位移，t为一个单位采集时间；

所述步骤S302所述的根据在所述机器人坐标系上x轴方向的位移和y轴方向的位移，以及上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角；计算出所述机器人在所述参考坐标系上的坐标偏移量，其计算公式为：

ΔX＝S₁·cosθ-S₂·sinθ；

ΔX＝S₁·cosθ-S₂·sinθ；

其中，ΔX为所述机器人在所述地图坐标中X轴方向上的坐标偏移量，ΔY为所述机器人在所述地图坐标中Y轴方向上的坐标偏移量，θ为上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角；

所述步骤S303所述的根据上一单位采集时间内所述机器人在所述参考坐标系上的上一坐标，以及所述坐标偏移量；计算出所述机器人在所述参考坐标系上的当前坐标，其计算公式为：

X₁＝X+ΔX；

Y₁＝Y+ΔY；

其中，X为上一单位采集时间内所述机器人在所述地图坐标中X轴方向上的上一坐标，Y为上一单位采集时间内所述机器人在所述地图坐标中Y轴方向上的上一坐标，X₁为所述机器人在所述地图坐标中X轴方向上的当前坐标；Y₁为所述机器人在所述地图坐标中Y轴方向上的当前坐标。

6.根据权利要求1所述的一种机器人的实时定位方法，其特征在于，步骤S40中根据上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角，以及采集到的所述自转角速度计算出所述机器人坐标系与所述参考坐标系的当前夹角；其计算公式为：

θ₁＝θ+ω·t；

其中，θ为所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角，θ₁为所述机器人坐标系与所述参考坐标系的当前夹角，ω为所述机器人的自转角速度，t为一个单位采集时间。

7.一种机器人的实时定位系统，其特征在于，包括：

坐标系构建模块，建立机器人坐标系、参考坐标系；

采集模块，用于在一个单位采集时间内，采集机器人在所述机器人坐标系上的运动线速度，以及所述机器人的自转角速度；

计算模块，分别与所述采集模块、所述坐标系构建模块电连接，根据在所述机器人坐标系上的运动线速度，上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角、以及所述机器人在所述参考坐标系上的上一坐标；计算出所述机器人在所述参考坐标系上的当前坐标；

所述计算模块还用于，根据上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角，以及采集到的所述自转角速度；计算出所述机器人坐标系与所述参考坐标系的当前夹角；

数据重置模块，与所述计算模块电连接，用于将上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角更换为所述机器人坐标系与所述参考坐标系的当前夹角，所述机器人在所述参考坐标系上的上一坐标更换为所述机器人在所述参考坐标系上的当前坐标。

8.根据权利要求7所述的一种机器人的实时定位系统，其特征在于，还包括：

坐标更新模块，用于当所述机器人检测到工作环境内布置的预设定位标志时，根据所述预设定位标志在所述参考坐标系上的预设坐标，对所述机器人在所述参考坐标系上的当前坐标进行更正。

9.根据权利要求7所述的一种机器人的实时定位系统，其特征在于：

所述采集模块还用于，用于通过分别位于机器人坐标系x轴和y轴上的码盘，采集所述机器人在所述机器人坐标系x轴上的运动线速度和y轴上的运动线速度；

所述采集模块还用于，用于根据所述机器人上的陀螺仪采集所述机器人的自转角速度。

10.根据权利要求9所述的一种机器人的实时定位系统，其特征在于，所述计算模块包括：

位移计算子模块，用于根据在所述机器人坐标系上x轴方向的运动线速度和y轴方向的运动线速度，计算出所述机器人在所述机器人坐标系上x轴方向的位移和y轴方向的位移；

偏移量计算子模块，用于根据在所述机器人坐标系上x轴方向的位移和y轴方向的位移，以及上一单位采集时间内所述机器人坐标系与所述参考坐标系的上一夹角；计算出所述机器人在所述参考坐标系上的坐标偏移量；

坐标计算子模块，用于根据上一单位采集时间内所述机器人在所述参考坐标系上的上一坐标，以及所述坐标偏移量；计算出所述机器人在所述参考坐标系上的当前坐标。