专利名称：一种移动机器人定位系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于智能机器的移动定位技术领域，尤其涉及一种移动机器人的定位 系统。
背景技术：
随着计算机技术、微电子技术、网络技术的快速发展，移动机器人的关键技术得到 了更深入的研究，部分已走向成熟。移动机器人的工作环境具有非结构化和不确定性，因而 对机器人的要求也更高，其中的定位技术是一个十分关键的技术问题，而全局定位更是移 动机器人的一项重要功能，没有这种功能，机器人的任何自主运动都是盲目的。无论是何种 机器人，它在运动中始终要解决三个问题，即“现在何处？ ”、“去往何处？ ”、“如何去往？ ”，移 动机器人的定位、导航技术的研究就是为了解决上述三个问题。在定位领域已有里程计推算、基于视觉的路标识别、基于地图匹配的全局定位、陀 螺导航、GPS等多种定位方法，每种技术都有各自的优点及局限性，里程计推算虽然短期精 度高、成本低，但不能避免引来误差的无限累积；陀螺导航无需外部参考，但随时间有漂移， 不适合长时间的精确定位。针对移动机器人的未知非结构的工作环境，目前只有GPS才能 实现可实用的全局定位，但GPS受到精度、安全等因素的限制。在移动机器人的实际应用 中，一般都是多项定位技术的综合使用，实现优缺点互补以提高定位精度及可靠性。如中国 国家专利局于2010-02-03公开的专利号为“200920157556. 6”、名称为“一种集装箱自动搬 运车的定位导航系统”的专利，采用惯性导航、GPS、激光定位结合的定位方法，虽然定位实 时性好、精度高，但仍要依靠GPS才能实现。综上，目前的移动机器人远没有达到实用化的要求，其智能性也没有满足人类的 各种需求。本领域技术人员也在一直在努力尝试、探索更为实用、智能的机器人，但在移动 机器人定位技术上未能有突破性的发展。
发明内容本实用新型所要解决的问题就是提供一种移动机器人定位系统，能精确实施定 位，加快机器人对外界的响应，避免复杂的推理，提高系统实时性与适用性。为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案—种移动机器人定位系统，其特征在于包括基站；安装于移动机器人上的航位推测定位系统，所述航位推测定位系统包括用于获取 移动机器人角度信息的角速度传感器和用于获取移动机器人行走距离信息的位移传感器; 融合角度信息与行走距离信息后获得移动机器人在航位推测定位系统中的位置坐标；超声激光定位系统，所述超声激光定位系统包括安装在基站上的超声激光发射 装置、安装在移动机器人上的超声激光接收装置以及信息处理系统，通过超声激光发射装 置与超声激光接收装置之间的信息交换获得移动机器人在超声激光定位系统中的位置坐 标；[0010]数据融合单元，所述数据融合单元用于航位推测定位系统中角度信息与行走距离 信息的融合以及航位推测定位系统与超声激光定位系统中两个位置坐标的融合；通过数据 融合单元实现超声激光定位系统对航位推测定位系统中累积误差的消除。进一步的，所述角速度传感器为MEMS数字陀螺仪，所述位移传感器为增量编码码器。进一步的，所述超声激光发射装置包括带有光电码盘的激光发射器、对应安装在 激光发射器上的超声波发射器、驱动激光发射器与超声波发射器同步旋转的驱动装置；超 声激光接收装置包括由若干环形分布的激光接收器组成的激光接收阵列、由若干超声波接 收器组成且与激光接收阵列对应安装的超声波接收阵列。进一步的，激光接收阵列中至少有八个激光接收器，超声波接收阵列中至少有八 个超声波接收器，每个激光接收器与超声波接收器对应一个信号接收方向。其目的是尽可 能让移动机器人多方位的接收到来自基站的激光和超声波。进一步的，所述信息处理系统包括由激光、超声波信号触发外部中断的中央处理 模块以及用于交换信息的无线模块。进一步的，所述移动机器人上安装带有光电码盘的激光发射器，基站上安装有激 光接收阵列。移动机器人在环境中的位置信息，其朝向角也是重要的状态。陀螺仪所测量 的朝向存在随机漂移，为此，在移动机器人上同样安装一个带码盘的激光发射器，在基站上 安装一个激光接收阵列，用来测量基站在移动机器人坐标系中所处的角度，结合移动机器 人的坐标，就可以计算出移动机器人的朝向角。进一步的，所述超声激光定位系统还包括用于调节激光发射频率的激光发射电路 和用于提升超声波发射功率的超声波发射电路。通过激光发射电路的调节使移动机器人上 的扫描激光和基站上扫描激光具有不用的发射频率，相互不受干扰，同时也使得激光接收 阵列只接收特定频率的激光，不受外界环境光线的干扰；通过超声波发射电路可使超声波 的测量距离达到20米以上，增加移动机器人的行动范围。进一步的，所述超声激光定位系统还包括二级信号放大电路与鉴相电路。实现激 光接收器上接收信号的放大处理以及相波解调，保证激光和超声波的接收距离。进一步的，所述数据融合单元为卡尔曼滤波器，通过卡尔曼滤波策略将超声激光 定位系统的位置坐标与航位推测定位系统获得的位置坐标进行融合。进一步的，航位推测 定位系统中移动机器人的位置坐标通过如下公式获得
权利要求1.一种移动机器人定位系统，其特征在于包括基站(1)；安装于移动机器人(2)上的航位推测定位系统，所述航位推测定位系统包括用于获取 移动机器人(2)角度信息的角速度传感器和用于获取移动机器人(2)行走距离信息的位移 传感器；融合角度信息与行走距离信息后获得移动机器人(2)在航位推测定位系统中的位 置坐标；超声激光定位系统，所述超声激光定位系统包括安装在基站(1)上的超声激光发射装 置、安装在移动机器人( 上的超声激光接收装置以及信息处理系统，通过超声激光发射 装置与超声激光接收装置之间的信息交换获得移动机器人( 在超声激光定位系统中的 位置坐标；数据融合单元，所述数据融合单元用于航位推测定位系统中角度信息与行走距离信息 的融合以及航位推测定位系统与超声激光定位系统中两个位置坐标的融合；通过数据融合 单元实现超声激光定位系统对航位推测定位系统中累积误差的消除。
2.根据权利要求1所述的一种移动机器人定位系统，其特征在于所述角速度传感器 为MEMS数字陀螺仪，所述位移传感器为增量编码码盘。
3.根据权利要求2所述的一种移动机器人定位系统，其特征在于所述超声激光发射 装置包括带有光电码盘(31)的激光发射器(3)、对应安装在激光发射器C3)上的超声波发 射器G)、驱动激光发射器( 与超声波发射器(4)同步旋转的驱动装置；超声激光接收装 置包括由若干环形分布的激光接收器组成的激光接收阵列( 、由若干超声波接收器组成 且与激光接收阵列(5)对应安装的超声波接收阵列(6)。
4.根据权利要求3所述的一种移动机器人定位系统，其特征在于激光接收阵列(5) 中至少有八个激光接收器，超声波接收阵列(6)中至少有八个超声波接收器，每个激光接 收器与超声波接收器对应一个信号接收方向。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种移动机器人定位系统，其特征在于所述信息 处理系统包括由激光、超声波信号触发外部中断的中央处理模块以及用于交换信息的无线 模块。
6.根据权利要求3所述的一种移动机器人定位系统，其特征在于所述移动机器人上 安装带有光电码盘(31)的激光发射器(3)，基站(1)上安装有激光接收阵列(5)。
7.根据权利要求1或2或3所述的一种移动机器人定位系统，其特征在于所述超声 激光定位系统还包括用于调节激光发射频率的激光发射电路和用于提升超声波发射功率 的超声波发射电路。
8.根据权利要求7所述的一种移动机器人定位系统，其特征在于所述超声激光定位 系统还包括二级信号放大电路与鉴相电路。
9.根据权利要求3所述的一种移动机器人定位系统，其特征在于所述数据融合单元 为卡尔曼滤波器，通过卡尔曼滤波策略将超声激光定位系统的位置坐标与航位推测定位系 统获得的位置坐标进行融合。
10.根据权利要求9所述的一种移动机器人定位系统，其特征在于航位推测定位系统 中移动机器人的位置坐标通过如下公式获得x{k) = χ(Α:-1) + Δχ
专利摘要本实用新型公开了一种移动机器人定位系统，包括基站；航位推测定位系统包括用于获取移动机器人角度信息的角速度传感器和用于获取移动机器人行走距离信息的位移传感器；超声激光定位系统包括安装在基站上的超声激光发射装置、安装在移动机器人上的超声激光接收装置以及信息处理系统，通过超声激光发射装置与超声激光接收装置之间的信息交换获得移动机器人在超声激光定位系统中的位置坐标；数据融合单元用于航位推测定位系统中角度信息与行走距离信息的融合以及航位推测定位系统与超声激光定位系统中两个位置坐标的融合；通过数据融合单元实现超声激光定位系统对航位推测定位系统中累积误差的消除。本定位系统定位精确，实时性与适用性高。
文档编号G01S15/06GK201917661SQ20102064948
公开日2011年8月3日 申请日期2010年11月29日 优先权日2010年11月29日
发明者徐本亮, 朱琪, 钱兴桂, 陈勇, 雷蕾 申请人:浙江亚特电器有限公司, 浙江清华长三角研究院