一种移动机器人的定位系统及其定位方法
【专利摘要】一种移动机器人的定位系统，其包括至少一个已知其坐标值(x1，y1)的反光件(M)、安装于机器人(R)上的转台(T)与电子罗盘(P)、安装于所述转台上的激光测距仪(Y)与角度编码器(B)以及中央处理单元，所述激光测距仪用以获得所述机器人与反光件之间的第一距离(l)，该激光测距仪具有发出发射激光线的发射部(Y1)与接受反射激光线(ML)的接收部(Y2)，所述电子罗盘测得机器人机头朝向线与地磁线之间的第一角度(α)，所述角度编码器测得机头朝向线与所述反射激光线之间的第二角度(β)，所述中央处理单元通过运算处理得出机器人当前的坐标值，该定位系统不但定位精度高，而且结构简单、成本低廉。
【专利说明】一种移动机器人的定位系统及其定位方法
【技术领域】
[0001]本发明属于一种机器人的定位【技术领域】，尤其涉及一种移动机器人的定位系统与定位方法。
【背景技术】
[0002]在移动机器人的应用中，导航是指移动机器人通过传感器感知环境和自身状态，实现在有障碍物的环境中面向目标自主运动。导航的成功需要有四个模块:感知，定位，认知，运动控制。其中，定位是移动机器人导航最基本的环节，所谓定位就是确定机器人在环境中的实时位姿。当前应用较多的定位技术有:视觉导航定位、全球定位系统(GPS,GlobalPositioning System)、差分GPS定位、超声波定位等。其中,视觉导航定位方式的图像处理计算量大，计算速度要求高，因而实时性差，此外，该种定位方式受外界环境的影响较大，因此不太适用于户外移动机器人的定位系统。全球定位系统是由美国国防部控制的，对非美国国防部授权的用户，其所能获得的定位导航精度较低，因此不适于定位精度较高的场合。差分GPS定位，是指用户GPS接收机附近设置一个已知精度坐标的差分基准站，基准站的接收机连续接收GPS导航信号，将测得的位置或距离数据与已知的位置、距离数据进行比较，确定误差，得出准确改正值，然后将这些改正数据通过数据链发播给覆盖区域内的用户，用以改正用户的定位结果，这种定位方法虽然定位精度高，但成本也很高。对于超声波定位方式，由于超声波在空气中衰减很大，因此只适用空间范围较小的场合。针对上述各种定位技术存在的缺陷，有必要提出一种改进的移动机器人定位系统以解决上述问题。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种移动机器人定位系统与定位方法，不但定位精度高，而且成本低廉。
[0004]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:一种移动机器人的定位系统，该定位系统设于一坐标系内，其特征在于:该定位系统包括:
[0005]已知坐标值的反光件；
[0006]安装于机器人上的转台，该转台可360°旋转；
[0007]安装于所述转台上的激光测距仪，用以获得所述机器人与反光件之间的第一距离，该激光测距仪具有发射部与接收部，该发射部发出激光发射线至所述反光件后经反射形成的激光反射线被所述接收部接收，且所述反光件具备使该激光反射线平行于激光发射线的光线直反功能；
[0008]安装于移动机器人上的电子罗盘，用以测得机器人的机头朝向线与地磁方向线之间的第一角度；
[0009]安装于所述转台上的角度编码器，用于测得机器人的机头朝向线与所述激光反射线之间的第二角度；
[0010]中央处理单元，对所述第一角度、第二角度、第一距离以及反光件的坐标值进行运算处理以获得机器人当前的坐标值，且该坐标值通过以下公式获得:
【权利要求】
1.一种移动机器人的定位系统，该定位系统设于一坐标系内，其特征在于:该定位系统包括: 已知坐标值的反光件； 安装于机器人上的转台，该转台可360°旋转； 安装于所述转台上的激光测距仪，用以获得所述机器人与反光件之间的第一距离，该激光测距仪具有发射部与接收部，该发射部发出激光发射线至所述反光件后经反射形成的激光反射线被所述接收部接收，且所述反光件具备使该激光反射线平行于激光发射线的光线直反功能； 安装于移动机器人上的电子罗盘，用以测得机器人的机头朝向线与地磁方向线之间的第一角度； 安装于所述转台上的角度编码器，用于测得机器人的机头朝向线与所述激光反射线之间的第二角度； 中央处理单元，对所述第一角度、第二角度、第一距离以及反光件的坐标值进行运算处理以获得机器人当前的坐标值。
2.如权利要求1所述的定位系统，其特征在于:所述机器人的坐标值通过以下公式获 得:
3.如权利要求2所述的定位系统，其特征在于:所述定位系统仅设置一个所述反光件。
4.如权利要求3述的定位系统，其特征在于:所述第二角度为机器人自其当前的机头朝向线按相应旋转方向旋转至所述激光反射线所转过的角度。
5.如权利要求3述的定位系统，其特征在于:所述反光件具有使所述激光反射线平行于激光发射线的光线直反功能。
6.如权利要求1至5项中任一项所述的定位系统，其特征在于:所述机器人为割草机器人。
7.如权利要求6述的定位系统，其特征在于:所述反光件插置于草坪上，该草坪为所述坐标系所在平面。
8.—种移动机器人的定位方法，该机器人上安装有可360°旋转的转台、可实时测得机器人的机头朝向线与地磁方向线之间第一角度的电子罗盘及中央处理单元，所述转台上安装有激光测距仪及角度编码器，所述激光测距仪具有发射部与接受部，其特征在于所述定位方法包括如下步骤: 1)将已知其坐标值的反光件设置于机器人所在的坐标系内； 2)所述激光测距仪的发射部发出激光发射线至所述反光件后经反射形成的激光反射线被所述接收部接收，激光测距仪根据发射部发出激光发射线至接收部受到激光反射线所用的时间获得机器人与所述反光件之间的第一距离； 3)由所述角度编码器测得机器人机头朝向线与激光反射线之间的第二角度； 4)由所述中央处理单元对所述第一角度、第二角度、第一距离以及反光件的坐标值进行运算处理以获得机器人当前的坐标值。
9.如权利要求8所述的定位方法，其特征在于:所述机器人的坐标值通过以下公式获 得
10.如权利要求9所述的定位方法，其特征在于:所述反光件设于所述坐标系的原点位置，所述机器人的坐标值为(Icos[270° -(α+β )], lsin[270° -(α+β)])。
【文档编号】G01C21/00GK103542847SQ201210245558
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2012年7月16日 优先权日:2012年7月16日
【发明者】孔钊, 宋强, 姜飞 申请人:苏州科瓴精密机械科技有限公司