CN202382746U - 一种移动机器人行驶轨迹定位装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种移动机器人行驶轨迹定位的装置，定位装置包括数字式陀螺仪、光学传感设备或光电编码设备。利用陀螺仪测量出机器人进行旋转时的角速度，再对测量结果进行积分，从而求出移动机器人所转过的角度；光学传感装置测量其行走的距离，光学传感装置也可采用光电式鼠标实现；或采用光电编码装置测量其行走的距离，光电编码装置也可采用滚轮式鼠标实现。

Description

一种移动机器人行驶轨迹定位装置

技术领域

本实用新型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。

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

本实用新型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。

为解决上述技术问题，本实用新型是这样实现的：

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，本实用新型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，本实用新型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，本实用新型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，本实用新型所述陀螺仪采用数字式角速度传感器。

另外，本实用新型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，本实用新型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，本实用新型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，本实用新型所述步骤(2)中，通过低通滤波器调整陀螺仪传输的振动噪声。

本实用新型结构简单，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实用新型作进一步说明。

图1为本实用新型机器人定位方法的数学转换关系示意图；

图2为本实用新型机器人位置坐标计算方法示意图；

图3为本实用新型硬件结构示意图；

图4为本实用新型系统的流程图。

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。

本实用新型所述传感器采用光学传感装置或光电编码装置。

本实用新型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。

本实用新型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。

本实用新型所述陀螺仪采用数字式角速度传感器。

本实用新型在所述陀螺仪与中央处理单元之间设有振动噪声滤波器。

本实用新型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。

本实用新型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：

$x={\∫}_0^{t}v\cos \left({\∫}_0^t\mathrm{\ωdt}\right)$

$y={\∫}_0^{t}v\sin \left({\∫}_0^t\mathrm{\ωdt}\right)$

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＝0v_x·Δt

＝∑_j＝0v_x·Δt·cos(θ+Δθ)

＝∑_j＝0v_x·Δt·cos(∑_i＝0ω_i·Δt)

y＝∑_j＝0v_y·Δt

＝∑_j＝0v·Δt·sin(θ+Δθ)

＝∑_j＝0v·Δt·sin(∑_i＝0ω_i·Δt)

其中，x、y、ω同上，Δt为微处理器取样时间。

本实用新型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。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

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。

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