本實用新型涉及室內移動機器人的定位與導航，尤其涉及一種移動機器人位姿的測量裝置。

背景技術：

移動機器人在實際中運用廣泛，其運動的位移與姿態(tài)信息在自動化控制中起著非常重要的作用，傳統(tǒng)的測量方式是通過在機器人的驅動輪上安裝旋轉光電編碼器，測量出編碼盤旋轉角度，結合實際測量到的輪子直徑等參數(shù)來得出機器人移動量。該方法存在較大的測量誤差，編碼器的分辨率、輪子測量誤差、行駛過程中輪子打滑等情況都將影響測量精度，而且，隨著移動距離的增加，其累計誤差也將不斷增加。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實用新型提出了一種高精度、更高效的移動機器人位姿的測量裝置。

本實用新型的技術方案是這樣實現(xiàn)的：本實用新型提供了一種移動機器人位姿的測量裝置，其包括兩光源、兩個橫截面為平行四邊形的棱鏡、兩透鏡、兩個ADNS5050傳感器、一個micro USB接口、一個atmega328p-au 8位處理器、一個FT232RL電平轉換芯片、一個電路板基板，所述棱鏡嵌入電路板基板中且其端面與電路板基板相互垂直，光源固定在電路板基板上且與棱鏡端面正對設置，ADNS5050傳感器固定在電路板基板上且其攝像頭與透鏡正對設置，兩組光源、棱鏡、透鏡和ADNS5050傳感器相對電路板基板長邊中心線對稱設置，ADNS5050傳感器、處理器、電平轉換芯片與micro USB接口信號連接。

在以上技術方案的基礎上，優(yōu)選的，所述平行四邊形的棱鏡為透明全反射棱鏡，其橫截面頂角為55°，橫截面長為6mm，寬為5mm。

在以上技術方案的基礎上，優(yōu)選的，所述光源為直射光源。

在以上技術方案的基礎上，所述光源為LED光源，與棱鏡端面的距離為0.5～1.5mm。

在以上技術方案的基礎上，優(yōu)選的，還包括兩中間為圓形通孔的沉頭，所述沉頭固定在電路板基板底部，兩透鏡與兩ADNS5050傳感器攝像頭分別同軸設置在兩沉頭圓孔內，透鏡聚焦在ADNS5050傳感器攝像頭上。進一步優(yōu)選的，所述通孔直徑4mm，深0.5mm，透鏡焦距為8mm。

在以上技術方案的基礎上，優(yōu)選的，所述atmega328p-au 8位處理器為貼片型32引腳的單片機，設置于電路板基板中軸線上，每條邊都與電路板基板的臨近邊成45度角。

在以上技術方案的基礎上，優(yōu)選的，所述FT232RL為28引腳USB轉TTL芯片。

在以上技術方案的基礎上，優(yōu)選的，所述micro USB接口設置有9個引腳，焊接在電路板基板中軸線上，且位于atmega328p-au 8位處理器上方。

在以上技術方案的基礎上，優(yōu)選的，ADNS5050傳感器為包含361個光敏單元的傳感器。

本實用新型的移動機器人位姿的測量裝置相對于現(xiàn)有技術具有以下有益效果：

(1)輸出位姿數(shù)據測量誤差只與棱鏡以及ADNS5050傳感器與地面間距離有關，移動機器人的其他機械參數(shù)不會影響該裝置的測量精度，因此更加精準；

(2)采用兩個ADNS5050傳感器，通過對采集的數(shù)據進行求平均，更能減小測量誤差，并且在一個ADNS5050傳感器由于移動機器人行走面紋理不足，無法測量出數(shù)據時，可以通過另一個ADNS5050傳感器來采集數(shù)據；

(3)對于移動機器人繞電路板基板中心軸旋轉角度的求解只需對采集到的數(shù)據進行處理，并沒有占用到其他設備資源，故其處理速度更快、結構也更簡單；

(4)ADNS5050傳感器為常用鼠標用IC，獲取方便，價格也更低。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型移動機器人位姿的測量裝置的正剖視示意圖；

圖2為本實用新型移動機器人位姿的測量裝置的俯視圖；

圖3為本實用新型移動機器人位姿的測量位移的安裝圖；

圖4為本實用新型移動機器人位姿的測量裝置位移測量的原理示意圖；

圖5為本實用新型移動機器人位姿的測量裝置旋轉角度測量的原理示意圖。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施方式中的附圖，對本實用新型實施方式中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施方式僅僅是本實用新型一部分實施方式，而不是全部的實施方式?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤┓绞?，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施方式，都屬于本實用新型保護的范圍。

如圖1所示，結合圖2，本實用新型的移動機器人位姿的測量裝置，其包括兩光源1、兩個橫截面為平行四邊形的棱鏡2、兩透鏡3、兩個ADNS5050傳感器4、一個micro USB接口5、一個atmega328p-au 8位處理器6、一個FT232RL電平轉換芯片7、一個電路板基板8。

光源1，提供補償光。優(yōu)選采用直射光源。具體的，所述光源1為LED光源，與棱鏡2端面的距離為0.5～1.5mm。更具體的，可在LED的電路板1上焊接一個1W亮度為80-90Lm的白光燈珠制備得到。

棱鏡2，對光進行全發(fā)射，偏轉照射到電路板基板8下方的地面紋理。采用透明塑料制成，為透明全反射棱鏡，其橫截面頂角為55°，橫截面長為6mm，寬為5mm。光源1固定在電路板基板8上且與棱鏡2端面正對設置，棱鏡2嵌入電路板基板8中且其端面與電路板基板8相互垂直。

透鏡3，對經電路板基板8下方的地面紋理反射的光聚焦到ADNS5050傳感器4。具體的，透鏡3焦距為8mm。

ADNS5050傳感器4，采集地面紋理圖像并傳送給atmega328p-au 8位處理器6。ADNS5050傳感器4為包含361個光敏單元的傳感器。為了提高采光清晰度，同時方便對透鏡3進行固定，還包括兩中間為圓形通孔的沉頭9，所述沉頭9固定在電路板基板8底部，兩透鏡3與兩ADNS5050傳感器4攝像頭分別同軸設置在兩沉頭9圓孔內，透鏡3聚焦在ADNS5050傳感器4攝像頭上，所述通孔直徑4mm，深0.5mm。

兩組光源1、棱鏡2、透鏡3和ADNS5050傳感器4相對電路板基板8長邊中心線對稱設置。

atmega328p-au 8位處理器6，訪問ADNS5050傳感器4中0x03和0x04寄存器，讀取出儲存在寄存器中像素點x、y軸上的變化值，計算出兩次采樣間移動機器人位姿的測量裝置的二維位置變化值與旋轉角度。具體的，所述atmega328p-au 8位處理器6為貼片型32引腳的單片機，設置于電路板基板8中軸線上，每條邊都與電路板基板8的臨近邊成45度角。

FT232RL電平轉換芯片7，為28引腳USB轉TTL芯片，將atmega328p-au 8位處理器6得到的二維位置變化值與旋轉角度數(shù)據轉化為USB數(shù)據。具體的，所述micro USB接口5設置有9個引腳，焊接在電路板基板8中軸線上，且位于atmega328p-au 8位處理器6上方。

以下結合附圖,3～5詳細介紹本實用新型的移動機器人位姿的測量裝置的工作方式。

如圖3所示，本實用新型的移動機器人位姿的測量裝置安裝在一個雙驅動輪，一萬向輪的移動機器人底盤上，電路板基板8的中心即為測量中心點，在該測量中心與移動機器人的移動、旋轉中心重合時，移動機器人位姿的測量裝置測量到的位移和旋轉角度即為移動機器人的位移和旋轉角度。

如圖4所示，atmega328p-au 8位處理器6通過輪詢方式分別讀出兩個ADNS5050傳感器4中0x03和0x04寄存器數(shù)據(x1,y1),(x2，y2)，該組數(shù)據是基于相鄰兩幅采集圖像的增量值，atmega328p-au 8位處理器6通過對(x1,y1),(x2，y2)求平均值得到電路板基板8中心位移變化量通過對該數(shù)值求和得到移動機器人移動位移。

圖5所示，當移動機器人除了在位移基礎上還有旋轉量β時，通過atmega328p-au 8位處理器6計算(x1-x2)≠0得到移動機器人位姿的測量裝置的位移與旋轉量，處理后的位移、旋轉量數(shù)據atmega328p-au 8位處理器6通過串口線打包發(fā)送到FT232RL電平轉換芯片7中，F(xiàn)T232RL電平轉換芯片7將TTL電平轉換為USB電平，發(fā)送到mirco USB接口5以供外部裝置讀取、使用。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施方式而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。