专利名称：基于多传感器融合的机器人定位系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于多传感器融合的机器人定位系统，属于移动机器人技术领域。
背景技术：
目前机器人技术得到飞速的发展和应用。对于工业机器人，比如焊接机器人，装配机器人，喷漆机器人等，在技术和应用上都达到了令人满意的程度。但是对于服务机器人，特别是移动机器人还远远落后于工业机器人的发展，困扰于多个技术难题，几乎还处于实验室阶段。其中，机器人的自定位问题尤为突出。机器人的自定位是指机器人通过定位传感器确定自身在工作环境中的位置和方向，无论是室外环境还是室内环境，机器人为了执行设定的任务，都需要解决自定位问题。传统的双编码器定位方法虽然具有成本低廉，技术成熟的优点，但是无法消除的累计误差，并且如果出现驱动轮打滑的情况，定位误差将迅速恶化，造成数据不能使用。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GPS定位数据除了自身也存在10米左 右的定位误差以外，最大的缺陷是无法在室内使用。另外，还有基于视觉的定位方法。这种方法需要灵敏的图像传感器和强大的图像处理能力，因此定位的实时性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进而使图像定位系统失效。
发明内容为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种基于多传感器融合的机器人定位系统，包括双编码器定位系统、单轴电子陀螺和地磁传感器，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基于多传感器融合的机器人定位系统，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，还包括进行小范围自定位的双编码器定位系统，所述的双编码器定位系统与所述的控制器连接；还包括进行旋转角度计算的单轴电子陀螺仪，所述的单轴电子陀螺仪与所述的控制器连接；还包括进行角度校正的地磁传感器，所述的地磁传感器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。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。本实用新型的有益效果主要表现在1、双编码器、单轴电子陀螺和地磁传感器都能独立工作；2、双编码器、单轴电子陀螺和地磁传感器可以相互校正误差。
图I是基于多传感器融合的机器人定位系统的系统框图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步描述。参照图1，基于多传感器融合的机器人定位系统，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I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。还包括进行小范围自定位的双编码器定位系统7，所述的双编码器定位系统7与所述的控制器I连接。所述的双编码器定位系统7连接所述的左编码器和右编码器，作为信号的输入。为了弥补所述的双编码器定位系统7自身的累计误差和打滑引起的误差，还包括进行旋转角度计算的单轴电子陀螺仪8，所述的单轴电子陀螺仪8与所述的控制器I连接。所述的单轴电子陀螺仪8累计计算机器人的旋转角度，可校正所述的双编码器定位系统7的误差。由于所述的单轴电子陀螺仪8自身也具有累计误差，因此设置进行角度校正的地磁传感器9，所述的地磁传感器9与所述的控制器I连接。所述的地磁传感器9检测地球南北极磁力线的方向来确定机器人的方向，可有效校正所述的双编码器定位系统7和单轴电子陀螺仪8所产生的累计误差。但是，所述的地磁传感器9也会受附近磁场的影响。综上所述，提供一种基于多传感器融合的机器人定位系统，包括双编码器定位系统、单轴电子陀螺和地磁传感器，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。
权利要求1.基于多传感器融合的机器人定位系统，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，其特征在于还包括进行小范围自定位的双编码器定位系统，所述的双编码器定位系统与所述的控制器连接；还包括进行旋转角度计算的单轴电子陀螺仪，所述的单轴电子陀螺仪与所述的控制器连接；还包括进行角度校正的地磁传感器，所述的地磁传感器与所述的控制器连接。
2.如权利要求I所述的基于多传感器融合的机器人定位系统，其特征在于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。
3.如权利要求I所述的基于多传感器融合的机器人定位系统，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。
专利摘要公开一种基于多传感器融合的机器人定位系统，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模块，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，行走驱动模块，障碍物检测系统和任务执行系统与所述的控制器连接，还包括进行小范围自定位的双编码器定位系统，所述的双编码器定位系统与所述的控制器连接；还包括进行旋转角度计算的单轴电子陀螺仪，所述的单轴电子陀螺仪与所述的控制器连接；还包括进行角度校正的地磁传感器，所述的地磁传感器与所述的控制器连接。
文档编号G05D1/02GK202433774SQ20112057818
公开日2012年9月12日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者刘瑜 申请人:浙江理工大学