专利名称：室外移动机器人的精确定位系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种室外移动机器人的精确定位系统，属于移动机器人定位技术领域。
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，在工业生产现场发挥着越来越重要的作用，从自动化生产线发展到无人车间，工业机器人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，还远远落后于工业机器人的发展，几乎还处于实验室阶段。可喜的是，其中一种机器人-家庭吸尘机器人已经走进普通家庭应用，并形成了产业规模。即使是这样，家庭吸尘机器人的技术并没有达到令人满意的程度，其中最大的难点就是机器人的定位技术。不管是产业界，还是学术界都在努力攻克这个难题。对于室外移动机器人也面临这样的难题。专利US6445983,公开一种自主导航系统，能在视觉导航模式和GPS导航模式间切换的机器人系统，揭示了 GPS系统，陀螺仪系统，视觉系统的综合运用。专利US7840352公开一种自动导航系统，揭示并保护了 GPS导航，惯性导航和视觉导航的综合系统。在这两个专利中都使用GPS定位技术，但是都试图从GPS装置输出的数据中得到准确的定位信息。但是，GPS定位数据包含了难以避免的误差，其中包括系统误差，比如卫星和接收机的时钟差，星历误差，电离层和对流层延迟误差等，还包括跟接收机本身有关的随即误差。因此，基于单独的GPS定位数据只能达到10米以上的定位精度，正是这样的原因，自动导航系统都必须包括其他的定位导航方式来弥补GPS定位数据的不准确。
发明内容
本发明的目的是为了解决室外移动机器人的自定位问题，基于差分GPS的原理，在基站和移动机器人上分别设置GPS模块，并进行数据融合，以消除系统定位误差，达到精确定位的目的。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是室外移动机器人的精确定位系统，包括为移动机器人提供充电接口的基站，所述的基站设置基站电子控制装置，所述的基站电子控制装置包括提供稳定电源的第一电源模块，进行集中处理的第一微控器和控制充电过程的充电模块；所述的移动机器人设置机器人电子控制装置，所述的机器人电子控制装置设置提供稳定电源的第二电源模块，进行集中处理的第二微控器，进行状态显示和界面操作的人机界面，进行行走驱动的行走模块，进行环境障碍物检测的环境感知模块和与具体任务相关的任务执行模块，其特征在于所述的基站电子控制装置还包括获取基站定位数据的第一 GPS模块，进行数据传输的第一无线串行通信模块；所述的机器人电子控制装置还设置获取机器人定位数据的第二 GPS模块，进行数据传输的第二无线串行通信模块，所述的第二微控器设置差分定位算法。
所述的第一 GPS模块与所述的第一微控器连接，所述的第一微控器与所述的第一无线串行通信模块连接；所述的第一 GPS模块获得基站定位数据，并输出给所述的第一微控器，所述的第一微控器通过所述的第一无线串行通信模块发送给所述的第二无线串行通信模块。所述的第二 GPS模块与所述的第二微控器连接，所述的第二微控器与所述的第二无线串行通信模块连接；所述的第二 GPS模块获得机器人定位数据，并输出给所述的第二微控器；同时，所述的第二无线串行通信模块将接收的基站定位数据，传送给所述的第二微控器。所述的第一无线串行通信模块设置与所述的第二无线串行通信模块相同的参数，可与所述的第二无线串行通信模块进行数据传输。所述的差分定位算法，包括以下步骤SI :当所述的移动机器人在所述的基站的位置，所述的第二微控器通过所述的第二无线串行通信模块，记录所述的第一 GPS模块获得的基站定位数据(Eb，Nb)，同时所述的第二微控器记录所述的第二 GPS模块获得的机器人定位数据，队)；S2:所述的移动机器人离开所述的基站开始工作，每隔单位时间进行位置测量，所述的第二 GPS模块获得实时机器人定位数据(ep rO，并发送给所述的第二微控器，同时所述的第二微控器通过所述的第二无线串行通信模块，接收所述的第一 GPS模块获得的实时基站定位数据(eb, nb)；S3 :所述的第二微控器计算所述的移动机器人相对所述的基站的偏移经度偏移Ae= (er-Er) - (eb_Eb),讳度偏移 An= (nr_Nr) - (nb_Nb)；S4 :所述的第二微控器计算所述的移动机器人相对所述的基站的移动距离经线移动距离Ax= A e R cosNb,纟韦线移动距离Ay= An R,所述的R为地球赤道的平均半径。
图I是系统示意图；图2是基站电子控制装置的原理框图；图3是机器人电子控制装置的原理框图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步描述。参照图1-3，室外移动机器人的精确定位系统，包括为移动机器人15提供充电接口的基站14，所述的基站14设置基站电子控制装置，所述的基站电子控制装置包括提供稳定电源的第一电源模块I，进行集中处理的第一微控器2和控制充电过程的充电模块5,还包括获取基站定位数据的第一 GPS模块3，进行数据传输的第一无线串行通信模块4。所述的移动机器人15设置机器人电子控制装置，所述的机器人电子控制装置设置提供稳定电源的第二电源模块6，进行集中处理的第二微控器7，进行状态显示和界面操作的人机界面13，进行行走驱动的行走模块11，进行环境障碍物检测的环境感知模块12和与具体任务相关的任务执行模块10，还设置获取机器人定位数据的第二 GPS模块8，进行数据传输的第二无线串行通信模块9，所述的第二微控器7设置差分定位算法。所述的任务执行模块10，行走模块11，环境感知模块12和人机界面13与所述的第二微控器7连接，进行集中控制。
所述的第一无线串行通信模块4设置与所述的第二无线串行通信模块9相同的参数，可与所述的第二无线串行通信模块9进行数据传输。所述的第一 GPS模块3与所述的第一微控器2连接，所述的第一微控器2与所述的第一无线串行通信模块4连接；所述的第一 GPS模块3获得基站定位数据，并输出给所述的第一微控器2，所述的第一微控器2通过所述的第一无线串行通信模块4发送给所述的第二无线串行通信模块9，所述的第二无线串行通信模块9将接收的基站定位数据，传送给所述的第二微控器7。所述的第二 GPS模块8与所述的第二微控器7连接，所述的第二微控器7与所述的第二无线串行通信模块9连接；所述的第二 GPS模块8获得机器人定位数据，并输出给所述的第二微控器7。所述的第二微控器7执行所述的差分定位算法，将基站定位数据与机器人定位数据进行数据融合得到精确的定位数据。所述的差分定位算法包括以下步骤SI 当所述的移动机器人15在所述的基站14的位置，所述的第二微控器7通过所述的第二无线串行通信模块9，记录所述的第一 GPS模块3获得的基站定位数据(Eb，Nb)，同时所述的第二微控器7记录所述的第二 GPS模块8获得的机器人定位数据(民，Nr)；S2 :所述的移动机器人15离开所述的基站14开始工作，每隔单位时间进行位置测量，所述的第二 GPS模块8获得实时机器人定位数据(ep rO，并发送给所述的第二微控器7，同时所述的第二微控器7通过所述的第二无线串行通信模块9，接收所述的第一GPS模块3获得的实时基站定位数据(eb，nb)；S3 :所述的第二微控器7计算所述的移动机器人15相对所述的基站14的偏移经度偏移 Ae= (er-Er) - (eb_Eb),讳度偏移 An= (nr_Nr) - (nb_Nb)；S4 :所述的第二微控器7计算所述的移动机器人15相对所述的基站14的移动距离经线移动距离Ax= A e R cosNb,纟韦线移动距离Ay= A n R,所述的R为地球赤道的平均半径。对于步骤SI的基站定位数据(Eb，Nb)，可分别表示为基站经度五办=El+ dEsys，b，基站讳度—Nb + dNsys，b。其中，ETb, iVf为所述基站14的真实经度和纬度，dEsys,b，dNsys,b为所述的第一GPS模块3测量经度和纬度的系统误差，而所述的第一 GPS模块3的自身随机误差具有数值小，不可测量的原因，在这里不予考虑。而步骤SI的机器人定位数据(民，Nr)，分别为基站经度& = E7r + dEsysr基站纬度= A^ + dNsys，r其中，为所述基站14的真实经度和纬度，与Ef，iVf相同，dEsys,r，dNsys,r为所述的第二 GPS模块8测量经度和纬度的系统误差，而所述的第二 GPS模块8的自身随机误差具有数值小，不可测量的原因，在这里不予考虑。对于步骤S2中的实时基站定位数据(eb，nb)，分别为基站经度％= El + desys，b基站纬度％= Nl + dnsys b。其中，desys,b, dnsys,b为所述的第一 GPS模块3测量经度和纬度的实时系统误差。而步骤S2的实时机器人定位数据(4，nr)，分别为基站经度&= 4 + (Iesysr
基站纬度\= nTr + dnsys r。其中，eTr, <为所述的移动机器人15所在位置的真实经度和纬度，desys,r，dnsys,r为所述的第二 GPS模块8测量经度和纬度的实时系统误差。所述的步骤S3中，计算所述的移动机器人15相对所述的基站14的偏移经度偏移Ae= {er-Er)~ (eb - Eb)=(eTr + desys r - E7r - dEsys r )-{ETb + desys，b — Erb - dEsys上)={eTr - E7r ) + {desys r — dEsys r) — (desys b - dEsys，b)={eTr - ETr ) + {desys r - desys b) -(dEsys r - dEsys b)讳度偏移八《= (nr -Nr)- (nb - Nb)+ dnsysr -Ni - dNsysr )~(N^ + dnsysb -N^ - dNsys，b)=(nTr - Nrr ) + Qdnsys r - dNsys，r) - (dnsys b - dNsys，b)={nTr -Nrr)+ (dnsys r — dnsysb) — (dNsys，r - dNsys，b)因为在同一时间点上所述的第一 GPS模块3和第二 GPS模块8的系统误差是相同的，所以，desys,r = desys,b, dEsys,r = dEsys,b, dnsys,r = dnsys,b, dNsys,r = dNsys,b。最终得到Ae= (er -Er)- (eb — Eb)=eTr -E^ {或者 e: - El、An = (Hr-Nr)- (nb - Nb)=nTr - Ni (或者 n: - )。再通过所述的步骤S4可得到所述的移动机器人15相对所述基站14的移动距离。其中，经线移动距离△ X中的纬度数据采用了所述基站获得的纬度Nb，纬度Nb本身带有系统误差的，但是在所述的步骤S4以R CosNb作为常数来用，对精度影响有限。综上所述，通过所述的差分定位算法得到的所述移动机器人的真实移动距离，去除了测量中的系统误差，只保留了很小部分的随机误差，为室外移动机器人的定位和导航提供了精确的解决方案。
权利要求
1.室外移动机器人的精确定位系统，包括为移动机器人提供充电接口的基站，所述的基站设置基站电子控制装置，所述的基站电子控制装置包括提供稳定电源的第一电源模块，进行集中处理的第一微控器和控制充电过程的充电模块；所述的移动机器人设置机器人电子控制装置，所述的机器人电子控制装置设置提供稳定电源的第二电源模块，进行集中处理的第二微控器，进行状态显示和界面操作的人机界面，进行行走驱动的行走模块，进行环境障碍物检测的环境感知模块和与具体任务相关的任务执行模块，其特征在于所述的基站电子控制装置还包括获取基站定位数据的第一 GPS模块，进行数据传输的第一无线串行通信模块；所述的机器人电子控制装置还设置获取机器人定位数据的第二 GPS模块，进行数据传输的第二无线串行通信模块，所述的第二微控器设置差分定位算法。
2.如权利要求I所述的室外移动机器人的精确定位系统，其特征在于所述的第一GPS模块与所述的第一微控器连接，所述的第一微控器与所述的第一无线串行通信模块连接；所述的第一 GPS模块获得基站定位数据，并输出给所述的第一微控器，所述的第一微控器通过所述的第一无线串行通信模块发送给所述的第二无线串行通信模块。
3.如权利要求I所述的室外移动机器人的精确定位系统，其特征在于所述的第二GPS模块与所述的第二微控器连接，所述的第二微控器与所述的第二无线串行通信模块连接；所述的第二 GPS模块获得机器人定位数据，并输出给所述的第二微控器；同时，所述的第二无线串行通信模块将接收的基站定位数据传送给所述的第二微控器。
4.如权利要求2或3所述的室外移动机器人的精确定位系统，其特征在于所述的第一无线串行通信模块设置与所述的第二无线串行通信模块相同的参数，可与所述的第二无线串行通信模块进行数据传输。
5.如权利要求I所述的室外移动机器人的精确定位系统，其特征在于所述的差分定位算法，包括以下步骤 S1:当所述的移动机器人在所述的基站的位置，所述的第二微控器通过所述的第二无线串行通信模块，记录所述的第一 GPS模块获得的基站定位数据(Eb，Nb)，同时所述的第二微控器记录所述的第二 GPS模块获得的机器人定位数据，队)； S2:所述的移动机器人离开所述的基站开始工作，每隔单位时间进行位置测量，所述的第二 GPS模块获得实时机器人定位数据(ep rO，并发送给所述的第二微控器，同时所述的第二微控器通过所述的第二无线串行通信模块，接收所述的第一 GPS模块获得的实时基站定位数据(eb，nb)； S3:所述的第二微控器计算所述的移动机器人相对所述的基站的偏移经度偏移Ae=(er-Er) - (eb-Eb),讳度偏移 An= (nr_Nr) - (nb_Nb)； S4:所述的第二微控器计算所述的移动机器人相对所述的基站的移动距离经线移动距离Ax= A e R cosNb,讳线移动距离Ay= A n R,所述的R为地球赤道的平均半径。
全文摘要
公开一种室外移动机器人的精确定位系统，包括为移动机器人提供充电接口的基站，所述的基站设置基站电子控制装置，所述的基站电子控制装置包括提供稳定电源的第一电源模块，进行集中处理的第一微控器，控制充电过程的充电模块，获取基站定位数据的第一GPS模块，进行数据传输的第一无线串行通信模块；所述的移动机器人设置机器人电子控制装置，所述的机器人电子控制装置设置提供稳定电源的第二电源模块，进行集中处理的第二微控器，获取机器人定位数据的第二GPS模块，进行数据传输的第二无线串行通信模块，进行状态显示和界面操作的人机界面，进行行走驱动的行走模块，进行环境障碍物检测的环境感知模块和与具体任务相关的任务执行模块。
文档编号G01S19/42GK102621566SQ20121004888
公开日2012年8月1日 申请日期2012年2月20日 优先权日2012年2月20日
发明者刘瑜 申请人:刘瑜