移动机器人位姿的测量装置的制作方法

本实用新型涉及室内移动机器人的定位与导航，尤其涉及一种移动机器人位姿的测量装置。

背景技术：

移动机器人在实际中运用广泛，其运动的位移与姿态信息在自动化控制中起着非常重要的作用，传统的测量方式是通过在机器人的驱动轮上安装旋转光电编码器，测量出编码盘旋转角度，结合实际测量到的轮子直径等参数来得出机器人移动量。该方法存在较大的测量误差，编码器的分辨率、轮子测量误差、行驶过程中轮子打滑等情况都将影响测量精度，而且，随着移动距离的增加，其累计误差也将不断增加。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提出了一种高精度、更高效的移动机器人位姿的测量装置。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种移动机器人位姿的测量装置，其包括两光源、两个横截面为平行四边形的棱镜、两透镜、两个ADNS5050传感器、一个micro USB接口、一个atmega328p-au 8位处理器、一个FT232RL电平转换芯片、一个电路板基板，所述棱镜嵌入电路板基板中且其端面与电路板基板相互垂直，光源固定在电路板基板上且与棱镜端面正对设置，ADNS5050传感器固定在电路板基板上且其摄像头与透镜正对设置，两组光源、棱镜、透镜和ADNS5050传感器相对电路板基板长边中心线对称设置，ADNS5050传感器、处理器、电平转换芯片与micro USB接口信号连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述平行四边形的棱镜为透明全反射棱镜，其横截面顶角为55°，横截面长为6mm，宽为5mm。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述光源为直射光源。

在以上技术方案的基础上，所述光源为LED光源，与棱镜端面的距离为0.5～1.5mm。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括两中间为圆形通孔的沉头，所述沉头固定在电路板基板底部，两透镜与两ADNS5050传感器摄像头分别同轴设置在两沉头圆孔内，透镜聚焦在ADNS5050传感器摄像头上。进一步优选的，所述通孔直径4mm，深0.5mm，透镜焦距为8mm。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述atmega328p-au 8位处理器为贴片型32引脚的单片机，设置于电路板基板中轴线上，每条边都与电路板基板的临近边成45度角。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述FT232RL为28引脚USB转TTL芯片。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述micro USB接口设置有9个引脚，焊接在电路板基板中轴线上，且位于atmega328p-au 8位处理器上方。

在以上技术方案的基础上，优选的，ADNS5050传感器为包含361个光敏单元的传感器。

本实用新型的移动机器人位姿的测量装置相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)输出位姿数据测量误差只与棱镜以及ADNS5050传感器与地面间距离有关，移动机器人的其他机械参数不会影响该装置的测量精度，因此更加精准；

(2)采用两个ADNS5050传感器，通过对采集的数据进行求平均，更能减小测量误差，并且在一个ADNS5050传感器由于移动机器人行走面纹理不足，无法测量出数据时，可以通过另一个ADNS5050传感器来采集数据；

(3)对于移动机器人绕电路板基板中心轴旋转角度的求解只需对采集到的数据进行处理，并没有占用到其他设备资源，故其处理速度更快、结构也更简单；

(4)ADNS5050传感器为常用鼠标用IC，获取方便，价格也更低。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型移动机器人位姿的测量装置的正剖视示意图；

图2为本实用新型移动机器人位姿的测量装置的俯视图；

图3为本实用新型移动机器人位姿的测量位移的安装图；

图4为本实用新型移动机器人位姿的测量装置位移测量的原理示意图；

图5为本实用新型移动机器人位姿的测量装置旋转角度测量的原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，结合图2，本实用新型的移动机器人位姿的测量装置，其包括两光源1、两个横截面为平行四边形的棱镜2、两透镜3、两个ADNS5050传感器4、一个micro USB接口5、一个atmega328p-au 8位处理器6、一个FT232RL电平转换芯片7、一个电路板基板8。

光源1，提供补偿光。优选采用直射光源。具体的，所述光源1为LED光源，与棱镜2端面的距离为0.5～1.5mm。更具体的，可在LED的电路板1上焊接一个1W亮度为80-90Lm的白光灯珠制备得到。

棱镜2，对光进行全发射，偏转照射到电路板基板8下方的地面纹理。采用透明塑料制成，为透明全反射棱镜，其横截面顶角为55°，横截面长为6mm，宽为5mm。光源1固定在电路板基板8上且与棱镜2端面正对设置，棱镜2嵌入电路板基板8中且其端面与电路板基板8相互垂直。

透镜3，对经电路板基板8下方的地面纹理反射的光聚焦到ADNS5050传感器4。具体的，透镜3焦距为8mm。

ADNS5050传感器4，采集地面纹理图像并传送给atmega328p-au 8位处理器6。ADNS5050传感器4为包含361个光敏单元的传感器。为了提高采光清晰度，同时方便对透镜3进行固定，还包括两中间为圆形通孔的沉头9，所述沉头9固定在电路板基板8底部，两透镜3与两ADNS5050传感器4摄像头分别同轴设置在两沉头9圆孔内，透镜3聚焦在ADNS5050传感器4摄像头上，所述通孔直径4mm，深0.5mm。

两组光源1、棱镜2、透镜3和ADNS5050传感器4相对电路板基板8长边中心线对称设置。

atmega328p-au 8位处理器6，访问ADNS5050传感器4中0x03和0x04寄存器，读取出储存在寄存器中像素点x、y轴上的变化值，计算出两次采样间移动机器人位姿的测量装置的二维位置变化值与旋转角度。具体的，所述atmega328p-au 8位处理器6为贴片型32引脚的单片机，设置于电路板基板8中轴线上，每条边都与电路板基板8的临近边成45度角。

FT232RL电平转换芯片7，为28引脚USB转TTL芯片，将atmega328p-au 8位处理器6得到的二维位置变化值与旋转角度数据转化为USB数据。具体的，所述micro USB接口5设置有9个引脚，焊接在电路板基板8中轴线上，且位于atmega328p-au 8位处理器6上方。

以下结合附图,3～5详细介绍本实用新型的移动机器人位姿的测量装置的工作方式。

如图3所示，本实用新型的移动机器人位姿的测量装置安装在一个双驱动轮，一万向轮的移动机器人底盘上，电路板基板8的中心即为测量中心点，在该测量中心与移动机器人的移动、旋转中心重合时，移动机器人位姿的测量装置测量到的位移和旋转角度即为移动机器人的位移和旋转角度。

如图4所示，atmega328p-au 8位处理器6通过轮询方式分别读出两个ADNS5050传感器4中0x03和0x04寄存器数据(x1,y1),(x2，y2)，该组数据是基于相邻两幅采集图像的增量值，atmega328p-au 8位处理器6通过对(x1,y1),(x2，y2)求平均值得到电路板基板8中心位移变化量通过对该数值求和得到移动机器人移动位移。

图5所示，当移动机器人除了在位移基础上还有旋转量β时，通过atmega328p-au 8位处理器6计算(x1-x2)≠0得到移动机器人位姿的测量装置的位移与旋转量，处理后的位移、旋转量数据atmega328p-au 8位处理器6通过串口线打包发送到FT232RL电平转换芯片7中，FT232RL电平转换芯片7将TTL电平转换为USB电平，发送到mirco USB接口5以供外部装置读取、使用。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。