本发明涉及机器人技术领域，特别是需要执行巡逻、自主导航的移动机器人，具体为一种自主实时定位的移动机器人。
背景技术：
随着科学技术的发展和计算芯片能力的提升，智能移动机器人成为了科学技术发展最为活跃的领域之一。在几代人的不断研究和完善下，移动机器人的性能大大提高，已经在工业、农业和服务等领域大展身手，特别在工业中的无人值守、农业中的自主规划播撒农药以及军事中的侦查等任务中，更是凸显出移动机器人的高效率以及安全性。并且，科技进步促使人类的探索越来越深入，探索中的各种极限情况已经成为人类前进的桎梏，光靠肉体已无法在复杂多变的未知环境中完成作业，移动机器人的研究目的正是解决这个问题，即创造出能够代替人类完成高难度的、重复性的或是不安全的任务的工具。
智能移动机器人在执行一个活动时一般会经过传感器层获取环境信息、计算层实时更新运行轨迹和位置信息、决策层结合获取到的信息进行行为规划并发出控制指令、控制层执行指令以进行行动等多个步骤。定位模块作为其中最基本的模块之一，发挥着承上启下的重要作用,是机器人开展其它工作的基础和前提，成为了兼具学术意义和应用意义的研究热点。
以往机器人传统的定位设备主要有罗盘、惯导、轮式里程计和GPS等，这些设备可以独立完成简单的定位功能，但是它们却多少存在一些难以解决的缺点或局限，如轮式里程计的打滑导致计算错误，GPS在室内难以使用等，所以即使使用了传感器融合算法也很难获得精准的定位信息。而近年来，机器视觉的飞速发展给机器人定位带来了福音，基于图像处理的定位算法很好地弥补了传统定位设备的局限，大大提高了机器人的定位精确度，特别是使用传感器融合算法对传统定位传感器和视觉传感器进行数据融合后，效果更为准确。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种自主实时定位的移动机器人，这种机器人制造成本低、使用方便、能在未知环境下自主实时定位，自主避障，这种机器人定位精度较高，对环境适应能力强，可以用于家庭扫地、工厂巡逻、野外探测等。
实现本发明目的的技术方案是：
一种自主实时定位的移动机器人，包括机械躯干，所述机械躯干设有控制单元、感知单元、处理单元及驱动直流电机，控制单元、感知单元与处理单元连接，驱动直流电机设置在机械躯干的下部与机械躯干底部的带履带的滚轮连接并与控制单元电连接。
所述控制单元包括电机单片机主控和与电机单片机主控连接的电机驱动板及第一电源模块，电机驱动板上设有电机驱动电路，电机单片机主控输出PWM波通过电机驱动板上的电机驱动电路对驱动直流电机输出相应电流以驱使驱动直流电机工作，带动机械躯干运动。
所述第一电源模块的电压为12v，第一电源模块为电机单片机主控和电机驱动板供电。
所述感知单元包括感知单元单片机主控和与感知单元单片机主控连接的光电编码器、惯性导航传感器、红外测距传感器、超声波传感器及双目摄像机，感知单元单片机主控作用是读取传感器信息。
所述处理单元包括arm主控和与arm主控连接的并为arm主控供电的第二电源模块，arm主控通过串口与控制单元的电机控制单片机主控连接，发送电机控制指令；arm主控通过USB串口与感知单元的感知单元单片机主控连接，对感知单元的感知单元单片机主控供电并接收传感器信息，arm主控通过USB接口与感知单元的双目摄像机连接，读取图像信息。
所述超声波传感器为至少3个，分别用于探测前方、左方和右方的三个方位信息，以获取前方、左方和右方的障碍物的距离，从而为规避障碍而改变行进方向提供决策依据。
这种移动机器人在移动过程中，各传感器工作，光电编码器获取转速；惯性导航传感器获取角速度和加速度；红外测距传感器判断障碍物；超声波传感器探测障碍物距离；双目摄像头拍摄三维环境图像，上述传感器获取的数据由感知单元单片机主控获取并通过串口发送至arm主控，或由arm主控通过USB接口直接获取，arm主控将上述数据预处理并广播，再由arm主控对这些信息进行处理，计算得到移动机器人的定位信息，达到移动机器人自主实时定位的目的；所述arm主控也可以提供人机交互模式，使用户不仅能够看到移动机器人自主移动时的双目视频信息和定位信息，还能够实时控制移动机器人。
这种移动机器人的第一电源模块对控制单元供电，第二电源模块对处理单元的arm主控进行供电，分开供电的目的是为了避免多个主控板采用一个电源模式下的降压分流造成的能源浪费，以保证高能耗的运算芯片和电机控制都能够得到稳定的电源。
这种移动机器人有三个主控板，一个是控制单元的电机控制单片机主控，一个是感知单元的单片机主控，一个是处理单元的arm主控，其中感知单元的单片机主控有丰富的接口资源，能连接多个传感器；处理单元的arm主控有串口接口，能够连接控制单元的电机控制主控的串口、有USB接口，能够同时连接感知单元的双目摄像机和感知单元的单片机主控，并能运行图像处理算法。
这种移动机器人的红外测距传感器可以探测左前方、右前方、左后方、右后方的水平向外四个方位、也可以探测左下方、右下方、左下方、右下方的垂直向下四个方位，可以确定移动机器人周围障碍物情况，从而为规避障碍、预防下坠提供决策依据。
这种移动机器人的光电编码器用于获取轮式里程计信息；惯性导航传感器用于获取移动机器人的惯性导航信息，惯性导航传感器包括陀螺仪和加速度计；如此，可以获取移动机器人的传统定位结果，作为一个定位依据。
这种移动机器人的双目摄像机可以实现双目视觉定位，双目视觉定位有着较传统定位设备更为精确的效果，通过双目视觉定位，可以作为移动机器人定位的强有力依据。
这种机器人制造成本低、使用方便、能在未知环境下自主实时定位，自主避障，这种机器人定位精度较高，对环境适应能力强，可以用于家庭扫地、工厂巡逻、野外探测等。
附图说明
图1实施例的结构示意图。
图中，1.机械躯干 2.控制单元 3.感知单元 4.处理单元 5.驱动直流电机 6.滚轮 7.电机驱动板 8.电机单片机主控 9.第一电源模块 10.感知单元单片机主控 11.光电编码器 12.惯性导航传感器 13.红外测距传感器 14.超声波传感器 15.双目摄像机 16.arm主控 17.第二电源模块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步的阐述，但不是对本发明的限定。
实施例：
参照图1，一种自主实时定位的移动机器人，包括机械躯干1，所述机械躯干1设有控制单元2、感知单元3、处理单元4及驱动直流电机5，控制单元2、感知单元3与处理单元4连接，驱动直流电机5设置在机械躯干1的下部与机械躯干1底部的带履带的滚轮6连接并与控制单元2电连接，本例中滚轮6为至少4个。
所述控制单元2包括电机单片机主控8和与电机单片机主控连接的电机驱动板7及第一电源模块9，电机驱动板7上设有电机驱动电路，电机单片机主控8输出PWM波通过电机驱动板7上的电机驱动电路对驱动直流电机5输出相应电流以驱使驱动直流电机5工作，带动机械躯干1运动。
所述第一电源模块9的电压为12v，第一电源模块9为电机单片机主控8和电机驱动板7供电。
所述感知单元3包括感知单元单片机主控10和与感知单元单片机主控10连接的光电编码器11、惯性导航传感器12、红外测距传感器13、超声波传感器14及双目摄像机15，感知单元单片机主控10的作用是读取传感器信息。
所述处理单元4包括arm主控16和与arm主控16连接的并为arm主控16供电的第二电源模块17，arm主控16通过串口与控制单元2的电机控制单片机主控8连接，发送电机控制指令；arm主控通16过USB串口与感知单元3的感知单元单片机主控10连接，对感知单元3的感知单元单片机主控10供电并接收传感器信息，arm主控16通过USB接口与感知单元3的双目摄像机15连接，读取图像信息。
所述超声波传感器14为至少3个，分别用于探测前方、左方和右方的三个方位信息，以获取前方、左方和右方的障碍物的距离，从而为规避障碍而改变行进方向提供决策依据。
这种移动机器人在移动过程中，各传感器工作，光电编码器11获取转速、惯性导航传感器12获取角速度和加速度、红外测距传感器13判断障碍物、超声波传感器14探测障碍物距离、双目摄像头15拍摄三维环境图像，上述传感器获取的数据由感知单元单片机主控10获取并通过串口发送至arm主控16，或由arm主控16通过USB接口直接获取， arm主控16将上述数据预处理并广播，再由arm主控16执行算法逻辑对这些信息进行处理，计算得到移动机器人的定位信息，达到移动机器人自主实时定位的目的；所述arm主控16可以提供人机交互模式，使用户不仅能够看到移动机器人的双目视频信息和定位信息，还能够实时控制移动机器人。
这种移动机器人的第一电源模块9对控制单元供电，第二电源模块17对处理单元的arm主控16进行供电，分开供电的目的是为了避免多个主控板采用一个电源模式下的降压分流造成的能源浪费，以保证高能耗的运算芯片和电机控制都能够得到稳定的电源。
这种移动机器人有三个主控板，一个是控制单元的电机控制单片机主控8，一个是感知单元的单片机主控10，一个是处理单元的arm主控16，其中感知单元3的单片机主控有丰富的接口资源，能连接多个传感器；处理单元4的arm主控16有串口接口，能够连接控制单元的电机控制主控的串口，有USB接口，能够同时连接感知单元的双目摄像机和感知单元的单片机主控10，并能运行图像处理算法。
这种移动机器人的红外测距传感器14可以探测左前方、右前方、左后方、右后方的水平向外四个方位、也可以探测左下方、右下方、左下方、右下方的垂直向下四个方位，可以确定移动机器人周围障碍物情况，从而为规避障碍、预防下坠提供决策依据。
这种移动机器人的光电编码器11用于获取轮式里程计信息；惯性导航传感器12用于移动机器人的惯性导航信息，惯性导航传感器包括陀螺仪和加速度计，如此，可以获取移动机器人的传统定位结果，作为一个定位依据。
这种移动机器人的双目摄像机15可以实现双目视觉定位，双目视觉定位有着较传统定位设备更为精确的效果，通过双目视觉定位，可以作为移动机器人定位的强有力依据。
本例中，
所述驱动直流电机5的型号为GM25-370带编码器直流减速电机，额定电压12V，空载转速参数为350RPM 0.2A，减速器减速比1:34。
所述电机驱动板7的芯片型号为L298N的双H桥电机驱动芯片。
所述电机单片机主控8的型号为 STM32F030F4，该芯片拥有16K FLASH，4K RAM , TSSOP20封装。
所述感知单元单片机主控10的型号是arduino mega 2560，拥有54 (其中16路作为PWM输出）路数字IO引脚和16路模拟输入引脚，处理器为ATmega2560。
所述arm主控16的型号为cubieboard4，采用全志A80作为处理器，主频可以达到2GHz，拥有2G内存、4个串口接口和4个USB接口，并搭载有2.4GWIFI芯片。
所述红外传感器13的型号是Risym多路红外避障模块，其有效开关距离为2-30cm可调，检测角度35°。
所述超声波传感器14的型号是HC-SR04，可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可以达到3mm。