專(zhuān)利名稱(chēng)：一種移動(dòng)機(jī)器人定位及行駛軌跡記錄的方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于智能機(jī)器人的移動(dòng)定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種移動(dòng)機(jī)器人行駛軌跡定位裝置及其定位方法。
背景技術(shù)：
目前越來(lái)越多的移動(dòng)機(jī)器人被應(yīng)用到生產(chǎn)生活中去，而且在諸多的機(jī)器人比賽中，需要實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)機(jī)器人位置信息的準(zhǔn)確定位。目前移動(dòng)機(jī)器人成熟的定位方法有磁定位、超聲定位、GPS定位等，但都是需要借助于外部定位設(shè)備，很難依靠自身設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)其自身的運(yùn)動(dòng)軌跡定位。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種不借助于外部設(shè)備，依靠自身裝置即能實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)軌跡進(jìn)行定位的移動(dòng)機(jī)器人行駛軌跡定位裝置。本發(fā)明還提供一種與上述裝置配套的移動(dòng)機(jī)器人行駛軌跡定位方法。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種移動(dòng)機(jī)器人行駛軌跡定位裝置，它包括中央處理單元、用于測(cè)量機(jī)器人旋轉(zhuǎn)角度的陀螺儀以及用于測(cè)量機(jī)器人水平與垂直方向位移量的傳感器；所述陀螺儀與傳感器的傳輸端口分別接中央處理單元的傳輸端口。作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述傳感器采用光學(xué)傳感裝置或光電編碼裝置。作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述光學(xué)傳感裝置包括光學(xué)成像引擎；其主要由 CMOS圖像感應(yīng)器及光學(xué)定位DSP模塊組成；所述CMOS圖像感應(yīng)器負(fù)責(zé)機(jī)器人底部圖像的收集并將其同步為二進(jìn)制的數(shù)字圖像矩陣；所述光學(xué)定位DSP模塊負(fù)責(zé)相鄰圖像矩陣的分析比較，以此計(jì)算在單位時(shí)間內(nèi)機(jī)器人移動(dòng)的水平和垂直距離。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述光電編碼裝置采用垂直與水平雙向編碼裝置，其向中央處理單元發(fā)出水平與垂直雙向移動(dòng)脈沖數(shù)及運(yùn)動(dòng)方向數(shù)據(jù)。更進(jìn)一步地，本發(fā)明所述陀螺儀采用數(shù)字式角速度傳感器。另外，本發(fā)明在所述陀螺儀與中央處理單元之間設(shè)有振動(dòng)噪聲濾波器。其次，本發(fā)明所述的振動(dòng)噪聲濾波器采用50Hz以下低通濾波器。一種移動(dòng)機(jī)器人行駛軌跡定位方法，可按如下步驟依次進(jìn)行(1)將機(jī)器人啟動(dòng)位置或某個(gè)設(shè)定位置記為坐標(biāo)原點(diǎn)；移動(dòng)后軌跡定位以該原點(diǎn)為基準(zhǔn)；(2)將陀螺儀角度旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)及傳感器所采集的水平與垂直方向的位移數(shù)據(jù)傳至中央處理單元進(jìn)行處理；(3)中央處理單元經(jīng)數(shù)據(jù)運(yùn)算后，得出機(jī)器人相對(duì)原點(diǎn)的坐標(biāo)點(diǎn)。作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明采用曲線擬合法算出機(jī)器人相對(duì)原點(diǎn)的位置。作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述步驟O)中，通過(guò)低通濾波器調(diào)整陀螺儀傳輸?shù)恼駝?dòng)噪聲。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有高靈活性，策略性以及良好的協(xié)作性，可實(shí)現(xiàn)能夠不借助于外部設(shè)備，依靠自身裝置即可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人移動(dòng)軌跡的精確定位。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。圖1為本發(fā)明機(jī)器人定位方法的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換關(guān)系示意圖；圖2為本發(fā)明機(jī)器人位置坐標(biāo)計(jì)算方法示意圖；圖3為本發(fā)明硬件結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明系統(tǒng)的流程圖。
具體實(shí)施例方式如圖所示，移動(dòng)機(jī)器人行駛軌跡定位裝置，它包括中央處理單元、用于測(cè)量機(jī)器人旋轉(zhuǎn)角度的陀螺儀以及用于測(cè)量機(jī)器人水平與垂直方向位移量的傳感器；所述陀螺儀與傳感器的傳輸端口分別接中央處理單元的傳輸端口。本發(fā)明所述傳感器采用光學(xué)傳感裝置或光電編碼裝置。本發(fā)明所述光學(xué)傳感裝置包括光學(xué)成像引擎；其主要由CMOS圖像感應(yīng)器及光學(xué)定位DSP模塊組成；所述CMOS圖像感應(yīng)器負(fù)責(zé)機(jī)器人底部圖像的收集并將其同步為二進(jìn)制的數(shù)字圖像矩陣；所述光學(xué)定位DSP模塊負(fù)責(zé)相鄰圖像矩陣的分析比較，以此計(jì)算在單位時(shí)間內(nèi)機(jī)器人移動(dòng)的水平和垂直距離。本發(fā)明所述光電編碼裝置采用垂直與水平雙向編碼裝置，其向中央處理單元發(fā)出水平與垂直雙向移動(dòng)脈沖數(shù)及運(yùn)動(dòng)方向數(shù)據(jù)。本發(fā)明所述陀螺儀采用數(shù)字式角速度傳感器。本發(fā)明在所述陀螺儀與中央處理單元之間設(shè)有振動(dòng)噪聲濾波器。本發(fā)明所述的振動(dòng)噪聲濾波器采用50Hz以下低通濾波器。移動(dòng)機(jī)器人行駛軌跡定位方法，可按如下步驟依次進(jìn)行(1)將機(jī)器人啟動(dòng)位置或某個(gè)設(shè)定位置記為坐標(biāo)原點(diǎn)；移動(dòng)后軌跡定位以該原點(diǎn)為基準(zhǔn)；(2)將陀螺儀角度旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)及傳感器所采集的水平與垂直方向的位移數(shù)據(jù)傳至中央處理單元進(jìn)行處理；實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，可通過(guò)低通濾波器調(diào)整陀螺儀傳輸?shù)恼駝?dòng)噪聲；(3)中央處理單元經(jīng)數(shù)據(jù)運(yùn)算后，得出機(jī)器人相對(duì)原點(diǎn)的坐標(biāo)點(diǎn)。本發(fā)明可采用曲線擬合法算出機(jī)器人相對(duì)原點(diǎn)的位置。移動(dòng)機(jī)器人的位置坐標(biāo)計(jì)算公式如下數(shù)學(xué)模型公式 其中，X、y分別為X、y絕對(duì)坐標(biāo)系下的軸坐標(biāo)，t為出發(fā)時(shí)間，ν為光學(xué)傳感系統(tǒng)得出的沿相對(duì)坐標(biāo)系的速度，ω為角速度。
程序離散化公式χ = Σ j = 0vx · At= Σ j = 0νχ · Δ t · cos ( θ + Δ θ )= Σ j = 0νχ · Δ t · cos ( Σ i = 0 ω i · At)y = Σ J = 0vy ‘ At=Σ J = 0v · At · sin( θ + Δ θ )= Σ j = 0ν * Δ t · sin ( Σ i = 0 ω i · At)其中，x、y、ω同上，At為微處理器取樣時(shí)間。本發(fā)明光學(xué)傳感裝置用于測(cè)量移動(dòng)機(jī)器人在水平和垂直方向上行走的距離，光學(xué)傳感裝置也可采用光電式鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)；所述光電編碼裝置同樣用以測(cè)量機(jī)器人的行走距離， 光電編碼裝置也可采用滾輪式鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種移動(dòng)機(jī)器人行駛軌跡定位裝置，其特征在于，包括中央處理單元、用于測(cè)量機(jī)器人旋轉(zhuǎn)角度的陀螺儀以及用于測(cè)量機(jī)器人水平與垂直方向位移量的傳感器；所述陀螺儀與傳感器的傳輸端口分別接中央處理單元的傳輸端口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動(dòng)機(jī)器人行駛軌跡定位裝置，其特征在于所述傳感器采用光學(xué)傳感裝置或光電編碼裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的移動(dòng)機(jī)器人行駛軌跡定位裝置，其特征在于所述光學(xué)傳感裝置包括光學(xué)成像引擎；其主要由CMOS圖像感應(yīng)器及光學(xué)定位DSP模塊組成；所述CMOS圖像感應(yīng)器負(fù)責(zé)機(jī)器人底部圖像的收集并將其同步為二進(jìn)制的數(shù)字圖像矩陣；所述光學(xué)定位 DSP模塊負(fù)責(zé)相鄰圖像矩陣的分析比較，以此計(jì)算在單位時(shí)間內(nèi)機(jī)器人移動(dòng)的水平和垂直距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的移動(dòng)機(jī)器人行駛軌跡定位裝置，其特征在于所述光電編碼裝置采用垂直與水平雙向編碼裝置，其向中央處理單元發(fā)出水平與垂直雙向移動(dòng)脈沖數(shù)及運(yùn)動(dòng)方向數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的移動(dòng)機(jī)器人行駛軌跡定位裝置，其特征在于所述陀螺儀采用數(shù)字式角速度傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的移動(dòng)機(jī)器人行駛軌跡定位裝置，其特征在于在所述陀螺儀與中央處理單元之間設(shè)有振動(dòng)噪聲濾波器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的移動(dòng)機(jī)器人行駛軌跡定位裝置，其特征在于所述的振動(dòng)噪聲濾波器采用50Hz以下低通濾波器。
8.—種如權(quán)利要求1 7之任一所述的移動(dòng)機(jī)器人行駛軌跡定位方法，其特征在于，按如下步驟依次進(jìn)行(1)將機(jī)器人啟動(dòng)位置或某個(gè)設(shè)定位置記為坐標(biāo)原點(diǎn)；移動(dòng)后軌跡定位以該原點(diǎn)為基準(zhǔn)；(2)將陀螺儀角度旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)及傳感器所采集的水平與垂直方向的位移數(shù)據(jù)傳至中央處理單元進(jìn)行處理；(3)中央處理單元經(jīng)數(shù)據(jù)運(yùn)算后，得出機(jī)器人相對(duì)原點(diǎn)的坐標(biāo)點(diǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的移動(dòng)機(jī)器人行駛軌跡定位方法，其特征在于采用曲線擬合法算出機(jī)器人相對(duì)原點(diǎn)的位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的移動(dòng)機(jī)器人行駛軌跡定位方法，其特征在于所述步驟(2) 中，通過(guò)低通濾波器調(diào)整陀螺儀傳輸?shù)恼駝?dòng)噪聲。
全文摘要
本發(fā)明屬智能機(jī)器人的移動(dòng)定位領(lǐng)域，尤其涉及一種移動(dòng)機(jī)器人行駛軌跡定位裝置及其定位方法，包括中央處理單元、用于測(cè)量機(jī)器人旋轉(zhuǎn)角度的陀螺儀以及用于測(cè)量機(jī)器人水平與垂直方向位移量的傳感器；所述陀螺儀與傳感器的傳輸端口分別接中央處理單元的傳輸端口；所述傳感器采用光學(xué)傳感裝置或光電編碼裝置；所述光學(xué)傳感裝置包括光學(xué)成像引擎；其主要由CMOS圖像感應(yīng)器及光學(xué)定位DSP模塊組成；所述光學(xué)定位DSP模塊負(fù)責(zé)相鄰圖像矩陣的分析比較，以此計(jì)算在單位時(shí)間內(nèi)機(jī)器人移動(dòng)的水平和垂直距離。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)能夠不借助于外部設(shè)備，依靠自身裝置即可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人移動(dòng)軌跡的精確定位。
文檔編號(hào)G01C21/00GK102419179SQ20111041013
公開(kāi)日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者侯春光, 劉曉明, 張和, 曹云東, 韓穎 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)