CN202677193U - 室外移动机器人的组合定位系统 - Google Patents

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刘瑜
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公开一种室外移动机器人的组合定位系统，包括提供稳定电源的电源管理模块，进行集中处理的控制器，进行状态显示和界面操作的人机界面模块，进行自由移动的行走驱动系统，进行环境障碍物检测的障碍物检测系统和与具体任务相关的任务执行系统，所述的人机界面模块，行走驱动系统，障碍物检测系统和任务执行系统与所述的控制器连接，还包括进行局部范围自定位的惯性定位系统，所述的惯性定位系统与所述的控制器连接；还包括进行大范围自定位的GPS定位系统，所述的GPS定位系统与所述的控制器连接；还包括进行定点校正的路标识别系统，所述的路标识别系统与所述的控制器连接。

Description

室外移动机器人的组合定位系统
技术领域
本实用新型涉及一种室外移动机器人的组合定位系统，属于移动机器人技术领域。
背景技术
室外移动机器人的自定位问题一直是研究的重点。因为机器人要完成设定的任务必须知道自己在工作环境中的位置。传统的惯性导航方法，比如编码器定位、加速度传感器等，虽然具有成本低廉，技术成熟的优点，但是无法消除的累计误差，随着时间的推移，误差会越来越大，最后数据无法使用。而目前最先进的全球定位系统GPS，虽然没有累计误差的困扰，但是存在系统误差，比如卫星和接收机的时钟差，星历误差，电离层和对流层的延迟误差等，导致GPS定位数据存在10米左右的定位误差。另外，也有人尝试基于视觉的定位方法，并取得一定成功。但是这种方法需要灵敏的图像传感器和强大的图像处理能力，定位的实时性比较差，不能达到实际应用要求。并且环境光线对视觉定位系统影响太大，过亮或者过暗的环境亮度都会影响图像采集的质量，在室外环境往往图像定位系统会失效。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种室外移动机器人的组合定位系统，包括惯性定位系统、GPS定位系统和路标识别系统，可相互校正误差，实现更加稳定的定位性能。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
室外移动机器人的组合定位系统，包括提供稳定电源的电源管理模块，进行集中处理的控制器，进行状态显示和界面操作的人机界面模块，进行自由移动的行走驱动系统，进行环境障碍物检测的障碍物检测系统和与具体任务相关的任务执行系统，所述的人机界面模块，行走驱动系统，障碍物检测系统和任务执行系统与所述的控制器连接，所述的行走驱动系统控制左驱动电机和右驱动电机的旋转方向和旋转速度，所述的左驱动电机上安装左编码器，所述的右驱动电机上安装右编码器，还包括进行局部范围自定位的惯性定位系统，所述的惯性定位系统与所述的控制器连接；还包括进行大范围自定位的GPS定位系统，所述的GPS定位系统与所述的控制器连接；还包括进行定点校正的路标识别系统，所述的路标识别系统与所述的控制器连接。
所述的惯性定位系统，设置进行位移和旋转角度计算的双编码器定位系统和进行旋转角度计算的电子陀螺仪。
所述的双编码器定位系统连接所述的左编码器和右编码器。
所述的路标识别系统设置磁感应识别装置，识别采用磁铁，磁钢和磁条设置的路标。
所述的路标识别系统设置红外识别装置，识别采用红外线设置的路标。
本实用新型的有益效果主要表现在：1、惯性定位系统、GPS定位系统和路标识别系统都能独立工作；2、惯性定位系统、GPS定位系统和路标识别系统可以相互校正误差，实现相对稳定的定位性能。
附图说明
图1是室外移动机器人的组合定位系统的系统框图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。
参照图1，室外移动机器人的组合定位系统，包括提供稳定电源的电源管理模块2，进行集中处理的控制器1，进行状态显示和界面操作的人机界面模块3，进行自由移动的行走驱动系统4，进行环境障碍物检测的障碍物检测系统6和与具体任务相关的任务执行系统5，所述的人机界面模块3，行走驱动系统4，障碍物检测系统6和任务执行系统5与所述的控制器1连接。
所述的电源管理模块2为系统提供电压稳定的电源，还负责进行充电管理，即实时检测电池电压，如果电压不足立即进行充电；充电过程中，所述的电源管理模块2进行充电控制，负责控制充电电流和充电结束判断。
所述的人机界面模块3负责进行状态显示和用户指令的输入。
所述的行走驱动系统4用于控制左驱动电机和右驱动电机的旋转方向和旋转速度。所述的左驱动电机和右驱动电机带动两个驱动轮旋转，从而驱动室外移动机器人以任意轨迹移动。所述的左驱动电机上安装左编码器，所述的右驱动电机上安装右编码器。
所述的任务执行系统5设置与室外移动机器人的执行任务相对应的装置。对于吸尘机器人，则设置真空吸尘室及吸尘电机，滚刷及滚刷电机；对于割草机器人，则设置割草刀锯及刀锯电机。
所述的障碍物检测系统6负责检测工作环境的障碍物情况，用于室外移动机器人的路径规划和避障。可采用超声波传感器，红外测距传感器，视觉传感器，激光雷达传感器，或者其中的任意组合。
还包括进行局部范围自定位的惯性定位系统7，所述的惯性定位系统7与所述的控制器1连接。所述的惯性定位系统7，设置进行位移和旋转角度计算的双编码器定位系统和进行旋转角度计算的电子陀螺仪。
所述的双编码器定位系统连接所述的左编码器和右编码器。所述的双编码器定位系统具有随时间不断增加的累计误差，比如打滑引起的误差、计算近似误差以及结构尺寸的舍入误差。而所述的电子陀螺仪累计计算室外移动机器人的旋转角度，可校正所述的双编码器定位系统的误差。所述的双编码器定位系统和电子陀螺仪的配合使用可降低室外移动机器人的定位误差。
在室外大环境下，所述的惯性定位系统7不能满足定位要求，因此还包括进行大范围自定位的GPS定位系统8，所述的GPS定位系统8与所述的控制器1连接。由于卫星和接收机的时钟差，星历误差，电离层和对流层的延迟误差等，导致GPS定位数据存在10米左右的定位误差。所述的GPS定位系统提供的数据只能为室外移动机器人确认自己的大致位置。
为了完成具体任务，需要进行更加精确的定位效果，比如室外移动机器人自备电池用完以后自动进行充电，需要回到充电座并自动对接充电。因此还包括进行定点校正的路标识别系统9，所述的路标识别系统9与所述的控制器1连接。在特定位置上设置路标，室外移动机器人识别以后就能确定精确的位置。所述的路标识别系统9设置磁感应识别装置，识别采用磁铁，磁钢和磁条设置的路标，也可以设置红外识别装置，识别采用红外线设置的路标。
综上所述，提供一种室外移动机器人的组合定位系统，包括双惯性定位系统、GPS定位系统和路标识别系统，每种检测方法都具有一定的局限性，但是相互校正误差，数据相互融合，可实现更加稳定的定位性能，完成室外移动机器人的工作任务。

Claims (5)

1.室外移动机器人的组合定位系统，包括提供稳定电源的电源管理模块，进行集中处理的控制器，进行状态显示和界面操作的人机界面模块，进行自由移动的行走驱动系统，进行环境障碍物检测的障碍物检测系统和与具体任务相关的任务执行系统，所述的人机界面模块，行走驱动系统，障碍物检测系统和任务执行系统与所述的控制器连接，所述的行走驱动系统控制左驱动电机和右驱动电机的旋转方向和旋转速度，所述的左驱动电机上安装左编码器，所述的右驱动电机上安装右编码器，其特征在于：还包括进行局部范围自定位的惯性定位系统，所述的惯性定位系统与所述的控制器连接；还包括进行大范围自定位的GPS定位系统，所述的GPS定位系统与所述的控制器连接；还包括进行定点校正的路标识别系统，所述的路标识别系统与所述的控制器连接。
2.如权利要求1所述的室外移动机器人的组合定位系统，其特征在于：所述的惯性定位系统，设置进行位移和旋转角度计算的双编码器定位系统和进行旋转角度计算的电子陀螺仪。
3.如权利要求2所述的室外移动机器人的组合定位系统，其特征在于：所述的双编码器定位系统连接所述的左编码器和右编码器。
4.如权利要求1所述的室外移动机器人的组合定位系统，其特征在于：所述的路标识别系统设置磁感应识别装置，识别采用磁铁，磁钢和磁条设置的路标。
5.如权利要求1所述的室外移动机器人的组合定位系统，其特征在于；所述的路标识别系统设置红外识别装置，识别采用红外线设置的路标。 
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