CN108709559B - 一种移动机器人定位系统及其定位方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种移动机器人定位系统及其定位方法，包括：安装在移动机器人上的光电传感器、编码器和微控制单元，以及分布于周围环境中的标签码；标签码包括沿一定方向排列的多个贴有反光标签的白码和未贴有反光标签的黑码组成；光电传感器用于扫描标签码，采集变化的电平信号；编码器用于获取移动机器人运动过程中的位姿信息，还用于获取每个电平信号对应的总里程长度，以确定标签码的ID值；微控制单元用于根据位姿信息和ID值，对移动机器人进行实时定位。本申请采用光电传感器扫描标签码，编码器获取相关数据，以及微控制单元进行定位，可以实现移动机器人的迅速精准定位，不但提高了定位精度和定位效率，而且节省成本，可用性高。

Description

一种移动机器人定位系统及其定位方法

技术领域

本发明涉及移动机器人定位技术领域，特别是涉及一种移动机器人定位系统及其定位方法。

背景技术

为了在自动化生产和仓储管理中应用移动机器人，要求移动机器人必须精确识别当前位置，只有精确识别当前位置，才能精确地组装产品、传输和搬运产品。

目前，移动机器人在运动过程中需要不断地采集一些ID值来定位自己此时所在位置，常见的定位方法包括条形码定位方法和二维码定位方法。现有技术中通常采用相机采集二维码或者条形码等方式来获取ID值，但是相机的成本过高，并且对采集的图片进行解析的过程较复杂，会受速度影响，导致不能迅速地采集信息，无法迅速定位。

因此，如何使移动机器人迅速精准定位且成本低，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种移动机器人定位系统及其定位方法，不但实现移动机器人的迅速精准定位，而且节省成本，可用性高。其具体方案如下：

一种移动机器人定位系统，包括：安装在所述移动机器人上的光电传感器、编码器和微控制单元，以及分布于周围环境中的标签码；其中，

所述标签码包括沿一定方向排列的多个白码和黑码组成，所述白码处贴有反光标签，所述黑码处未贴有反光标签；

所述光电传感器，用于扫描所述标签码，采集变化的电平信号；

所述编码器，用于获取所述移动机器人运动过程中的位姿信息，还用于获取每个所述电平信号对应的总里程长度，以确定所述标签码的ID值；

所述微控制单元，用于根据获取的所述位姿信息和确定的所述ID值，对所述移动机器人所在位置进行实时定位。

优选地，在本发明实施例提供的上述移动机器人定位系统中，所述编码器集成在所述微控制单元中。

优选地，在本发明实施例提供的上述移动机器人定位系统中，还包括：脉冲宽度调制器；

所述脉冲宽度调制器，用于对所述光电传感器采集到的所述电平信号进行实时调制，并在捕获上升沿信号的瞬间，向所述编码器发出记录里程值的第一指令，以及在捕获下降沿信号的瞬间，向所述编码器发出记录里程值的第二指令。

优选地，在本发明实施例提供的上述移动机器人定位系统中，所述脉冲宽度调制器集成在所述微控制单元中。

优选地，在本发明实施例提供的上述移动机器人定位系统中，所述编码器，具体用于接收到所述脉冲宽度调制器的第一指令后，记录所述移动机器人当前的第一里程值，接收到所述脉冲宽度调制器的第二指令后，记录所述移动机器人当前的第二里程值，并根据所述第二里程值和所述第一里程值的差值，获取每个所述电平信号对应的总里程长度。

优选地，在本发明实施例提供的上述移动机器人定位系统中，还包括：安装在所述移动机器人的动轮上的里程计；

所述里程计，用于获取所述移动机器人运动过程中的里程信息。

优选地，在本发明实施例提供的上述移动机器人定位系统中，所述微控制单元包括CANOPEN对象字典；

所述CANOPEN对象字典，用于保存所述电平信号、所述位姿信息、所述总里程长度、所述里程信息和所述ID值。

本发明实施例还提供了一种本发明实施例提供的上述移动机器人定位系统的定位方法，包括：

编码器获取所述移动机器人运动过程中的位姿信息；

光电传感器扫描所述标签码，采集变化的电平信号；

所述编码器获取每个所述电平信号对应的总里程长度，以确定所述标签码的ID值；

根据获取的所述位姿信息和确定的所述ID值，微控制单元对所述移动机器人所在位置进行实时定位。

优选地，在本发明实施例提供的上述移动机器人定位系统的定位方法中，在编码器获取每个所述电平信号对应的总里程长度之前，还包括：

脉冲宽度调制模块对所述光电传感器采集到的所述电平信号进行实时调制，并在捕获上升沿信号的瞬间，向所述编码器发出记录里程值的第一指令，以及在捕获下降沿信号的瞬间，向所述编码器发出记录里程值的第二指令。

优选地，在本发明实施例提供的上述移动机器人定位系统的定位方法中，所述编码器获取每个所述电平信号对应的总里程长度，具体包括：

所述编码器接收到所述脉冲宽度调制器的第一指令后，记录所述移动机器人当前的第一里程值，接收到所述脉冲宽度调制器的第二指令后，记录所述移动机器人当前的第二里程值，并根据所述第二里程值和所述第一里程值的差值，获取每个所述电平信号对应的总里程长度。

本发明所提供的一种移动机器人定位系统及其定位方法，包括：安装在所述移动机器人上的光电传感器、编码器和微控制单元，以及分布于周围环境中的标签码；其中，所述标签码包括沿一定方向排列的多个白码和黑码组成，所述白码处贴有反光标签，所述黑码处未贴有反光标签；所述光电传感器，用于扫描所述标签码，采集变化的电平信号；所述编码器，用于获取所述移动机器人运动过程中的位姿信息，还用于获取每个所述电平信号对应的总里程长度，以确定所述标签码的ID值；所述微控制单元，用于根据获取的所述位姿信息和确定的所述ID值，对所述移动机器人所在位置进行实时定位。本发明由于采用光电传感器扫描标签码，编码器获取相关数据，以及微控制单元进行定位，可以实现移动机器人的迅速精准定位，不但提高了定位精度和定位效率，而且节省成本，可用性高。

附图说明

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的移动机器人定位系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的标签码与产生的电平信号之间的对应关系图；

图3为本发明实施例提供的移动机器人定位系统的定位方法流程图之一；

图4为本发明实施例提供的移动机器人定位系统的定位方法流程图之二。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种移动机器人定位系统，如图1所示，包括：安装在所述移动机器人1上的光电传感器11、编码器12和微控制单元13，以及分布于周围环境中的标签码2；其中，

所述标签码2包括沿一定方向排列的多个白码和黑码组成，所述白码处贴有反光标签，所述黑码处未贴有反光标签；

需要说明的是，对于标签码中白码和黑码的数量和排列方式可以有多种实现方式，在此不作限定。如图2所示，以12位标签码为例，其中第一位为起始位，最后一位(即第十二位)为终止位。图2中的排列方式是第二位、第五位和第十一位为白码(贴有反光标签)，其余为黑码(未贴有反光标签)；一个白码对应一个反光标签，也就是说白码的单位长度与反光标签的单位长度是相同的，由于黑码是未贴有反光标签，为了便于之后的计算，黑码和白码的单位长度也可以看作是相同的；

所述光电传感器11，用于扫描所述标签码，采集变化的电平信号；

在具体实施时，所述光电传感器扫描白码时，白码处的反光标签可以进行反射光，使光电传感器接收到反射光进而有效地产生高电平信号，扫描黑码时，黑马处未贴有反光标签，使光电传感器接收不到反射光进而有效地产生低电平信号；

所述编码器12，用于获取所述移动机器人运动过程中的位姿信息，还用于获取每个所述电平信号对应的总里程长度，以确定所述标签码的ID值；

需要说明的是，编码器可以是正交编码器，通过码盘正交编码计数得到运动的COUNT值，COUNT值乘以移动机器人动轮所转圈数就可以确定里程值，通过里程值的变化方向就可以确定移动机器人运动的变化方向，进而获取移动机器人运动过程中的位姿信息；而获取每个电平信号对应的总里程长度，加上已知的反光标签的单位长度，就可以确定这个电平信号对应的反光标签的个数，进而就可以确定所述标签码的ID值；

所述微控制单元13，用于根据获取的所述位姿信息和确定的所述ID值，对所述移动机器人所在位置进行实时定位。

在本发明实施例提供的上述移动机器人定位系统中，包括：安装在所述移动机器人1上的光电传感器11、编码器12和微控制单元13，以及分布于周围环境中的标签码2，在定位时首先通过光电传感器扫描标签码，采集变化的电平信号，然后通过编码器获取所述移动机器人运动过程中的位姿信息和每个所述电平信号对应的总里程长度，以确定所述标签码的ID值，最后通过微控制单元对所述移动机器人所在位置进行实时定位，可以实现移动机器人的迅速精准定位，不但提高了定位精度和定位效率，而且节省成本，可用性高。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述移动机器人定位系统中，为了减小系统体积，所述编码器可以集成在所述微控制单元中。

进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述移动机器人定位系统中，还包括：脉冲宽度调制器；所述脉冲宽度调制器，可以用于对所述光电传感器采集到的所述电平信号进行实时调制，并在捕获上升沿信号的瞬间，向所述编码器发出记录里程值的第一指令，以及在捕获下降沿信号的瞬间，向所述编码器发出记录里程值的第二指令。这样可以保证编码器获取的每个所述电平信号对应的总里程长度准确且有效。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述移动机器人定位系统中，为了减小系统体积，所述脉冲宽度调制器可以集成在所述微控制单元中。

由于脉冲宽度调制器的作用，在具体实施时，所述编码器可以具体用于接收到所述脉冲宽度调制器的第一指令后，记录所述移动机器人当前的第一里程值，接收到所述脉冲宽度调制器的第二指令后，记录所述移动机器人当前的第二里程值，并根据所述第二里程值和所述第一里程值的差值，以获取每个所述电平信号对应的总里程长度。

具体地，移动机器人在行走时，编码器一直采集运动的COUNT值，当移动机器人行走至标签码处，光电传感器被标签码起始位触发(上升沿)，此时脉冲宽度调制模块在捕获上升沿信号的瞬间，向编码器发出第一指令，编码器接收到第一指令后，记录此时移动机器人当前的第一里程值，接下来移动机器人继续行走，光电传感器相对于标签码移动，行进过程中在所述白码处捕获到高电平信号，然后在脉冲宽度调制模块在捕获下降沿信号的瞬间，向编码器发出第二指令，编码器接收到第二指令后，记录此时移动机器人当前的第二里程值；第二里程值减去第一里程值，得到的值就是在高电平信号这段长度行走的总里程，这是只需将总里程换算成长度就是反光标签长度，将长度除以一个标签的长度，即可算出这段贴有几个反光标签。

假设一个高电平信号对应的总里程长度为S₁，每个反光标签的单位长度为L₁，则该高电平信号对应的反光标签的个数为S₁/L₁；假设一个低电平信号对应的总里程长度为S₂，每个反光标签的单位长度为L₂，则该低电平信号对应的反光标签的个数为S₂/L₂。

以图2为例，以白码和黑码进行描述：起始低电平信号对应的总里程长度与黑码的单位长度的比值为1，因此对应的黑码的个数为1，接下来的高电平信号对应的总里程长度与白码的单位长度的比值为1，因此对应的白码的个数为1，再接下来的低电平信号对应的总里程长度与黑码的单位长度的比值为2，因此对应的黑码的个数为2，由此推断下来标签码的整个排列方式为1个黑码、1个白码、2个黑码、1个白码、5个黑码、1个白码、1个黑码。

具体地，所述ID值可以为二进制码、格雷码或曼彻斯特码。当ID值为二进制码时，由于推断下来标签码的整个排列方式为1个黑码、1个白码、2个黑码、1个白码、5个黑码、1个白码、1个黑码，黑码可以记为“0”，白码记为“1”，又由于所述标签码对应的ID值需要剔除起始位和终止位，记录累积有效位数为10位(不仅限于10位，可以根据实际需求而定)，因此所述标签码对应的ID值为1001000001。由于每个得出的ID值的首尾均是“1”，因此也将首尾进行去除，最终输出的有效ID值位数为8位，即00100000。需要说明的是，白码和黑码对应的二进制码的数字不作限定，可以是其他数字。

进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述移动机器人定位系统中，为了防止在断电情况下，编码器无法进行记录移动机器人运动的COUNT值，也为了增强记录的里程值的准确性，还可以包括：安装在所述移动机器人的动轮上的里程计；所述里程计，用于获取所述移动机器人运动过程中的里程信息，这样可以起到双保险的作用，更加准确记录移动机器人的里程信息。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述移动机器人定位系统中，所述微控制单元可以包括CANOPEN对象字典；所述CANOPEN对象字典，用于保存所述电平信号、所述位姿信息、所述总里程长度、所述里程信息和所述ID值。这样主控制器可以通过CAN总线实时获取保存在CANOPEN对象字典的信息。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种本发明实施例提供的上述移动机器人定位系统的定位方法，由于该定位方法解决问题的原理与前述一种移动机器人定位系统相似，因此该定位方法的实施可以参见移动机器人定位系统的实施，重复之处不再赘述。

在具体实施时，本发明实施例提供的移动机器人定位系统的定位方法，如图3所示，具体包括以下步骤：

S301、编码器获取所述移动机器人运动过程中的位姿信息；

S302、光电传感器扫描所述标签码，采集变化的电平信号；

S303、所述编码器获取每个所述电平信号对应的总里程长度，以确定所述标签码的ID值；

S304、根据获取的所述位姿信息和确定的所述ID值，微控制单元对所述移动机器人所在位置进行实时定位。

在本发明实施例提供的上述移动机器人定位系统的定位方法中，首先编码器实时获取所述移动机器人运动过程中的位姿信息；当光电传感器扫描所述标签码，采集变化的电平信号时，所述编码器获取每个所述电平信号对应的总里程长度，可以确定所述标签码的ID值；然后根据获取的所述位姿信息和确定的所述ID值，微控制单元可以对所述移动机器人所在位置进行实时定位，这样可以实现移动机器人的迅速精准定位，节省成本，可用性高。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述移动机器人定位系统的定位方法中，如图4所示，在执行步骤S303编码器获取每个所述电平信号对应的总里程长度之前，还可以包括以下步骤：

S401、脉冲宽度调制模块对所述光电传感器采集到的所述电平信号进行实时调制，并在捕获上升沿信号的瞬间，向所述编码器发出记录里程值的第一指令，以及在捕获下降沿信号的瞬间，向所述编码器发出记录里程值的第二指令。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述移动机器人定位系统的定位方法中，如图4所示，步骤S303所述编码器获取每个所述电平信号对应的总里程长度，具体可以包括以下步骤：

S402、所述编码器接收到所述脉冲宽度调制器的第一指令后，记录所述移动机器人当前的第一里程值，接收到所述脉冲宽度调制器的第二指令后，记录所述移动机器人当前的第二里程值，并根据所述第二里程值和所述第一里程值的差值，获取每个所述电平信号对应的总里程长度。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述移动机器人定位系统的定位方法中，还包括以下步骤：

所述CANOPEN对象字典保存所述电平信号、所述位姿信息、所述总里程长度和所述ID值。

本发明实施例提供的一种移动机器人定位系统及其定位方法，包括：安装在所述移动机器人上的光电传感器、编码器和微控制单元，以及分布于周围环境中的标签码；其中，所述标签码包括沿一定方向排列的多个白码和黑码组成，所述白码处贴有反光标签，所述黑码处未贴有反光标签；所述光电传感器，用于扫描所述标签码，采集变化的电平信号；所述编码器，用于获取所述移动机器人运动过程中的位姿信息，以及获取每个所述电平信号对应的总里程长度；所述微控制单元，用于根据所述电平信号、所述位姿信息、所述总里程长度和所述反光标签的单位长度，对所述移动机器人所在位置进行实时定位。本发明采用光电传感器扫描标签码，编码器获取相关数据，以及微控制单元进行定位，可以实现移动机器人的迅速精准定位，不但提高了定位精度和定位效率，而且节省成本，可用性高。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不但包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的移动机器人定位系统及其定位方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种移动机器人定位系统，其特征在于，包括：安装在所述移动机器人上的光电传感器、编码器和微控制单元，以及分布于周围环境中的标签码；还包括：脉冲宽度调制器；其中，

所述标签码包括沿一定方向排列的多个白码和黑码组成，所述白码处贴有反光标签，所述黑码处未贴有反光标签；

所述光电传感器，用于扫描所述标签码，采集变化的电平信号；

所述编码器，用于获取所述移动机器人运动过程中的位姿信息，还用于获取每个所述电平信号对应的总里程长度，以确定所述标签码的ID值；

所述微控制单元，用于根据获取的所述位姿信息和确定的所述ID值，对所述移动机器人所在位置进行实时定位；

所述脉冲宽度调制器，用于对所述光电传感器采集到的所述电平信号进行实时调制，并在捕获上升沿信号的瞬间，向所述编码器发出记录里程值的第一指令，以及在捕获下降沿信号的瞬间，向所述编码器发出记录里程值的第二指令。

2.根据权利要求1所述的移动机器人定位系统，其特征在于，所述编码器集成在所述微控制单元中。

3.根据权利要求2所述的移动机器人定位系统，其特征在于，所述脉冲宽度调制器集成在所述微控制单元中。

4.根据权利要求3所述的移动机器人定位系统，其特征在于，所述编码器，具体用于接收到所述脉冲宽度调制器的第一指令后，记录所述移动机器人当前的第一里程值，接收到所述脉冲宽度调制器的第二指令后，记录所述移动机器人当前的第二里程值，并根据所述第二里程值和所述第一里程值的差值，获取每个所述电平信号对应的总里程长度。

5.根据权利要求4所述的移动机器人定位系统，其特征在于，还包括：安装在所述移动机器人的动轮上的里程计；

所述里程计，用于获取所述移动机器人运动过程中的里程信息。

6.根据权利要求5所述的移动机器人定位系统，其特征在于，所述微控制单元包括CANOPEN对象字典；

所述CANOPEN对象字典，用于保存所述电平信号、所述位姿信息、所述总里程长度、所述里程信息和所述ID值。

7.一种如权利要求1至6任一项所述移动机器人定位系统的定位方法，其特征在于，包括：

编码器获取所述移动机器人运动过程中的位姿信息；

光电传感器扫描所述标签码，采集变化的电平信号；

脉冲宽度调制器对所述光电传感器采集到的所述电平信号进行实时调制，并在捕获上升沿信号的瞬间，向所述编码器发出记录里程值的第一指令，以及在捕获下降沿信号的瞬间，向所述编码器发出记录里程值的第二指令；

所述编码器获取每个所述电平信号对应的总里程长度，以确定所述标签码的ID值；

根据获取的所述位姿信息和确定的所述ID值，微控制单元对所述移动机器人所在位置进行实时定位。

8.根据权利要求7所述的移动机器人定位系统的定位方法，其特征在于，所述编码器获取每个所述电平信号对应的总里程长度，具体包括：

所述编码器接收到所述脉冲宽度调制器的第一指令后，记录所述移动机器人当前的第一里程值，接收到所述脉冲宽度调制器的第二指令后，记录所述移动机器人当前的第二里程值，并根据所述第二里程值和所述第一里程值的差值，获取每个所述电平信号对应的总里程长度。

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