一种机器人航向测定装置及包含该装置的机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及机器人领域，尤其涉及一种机器人定位装置。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的不断发展，机器人在工业自动化领域中的应用日趋广泛，例如各种工业机器手、工业自动化生产线等。但是当需要围绕目标主体进行作业时，固定式的机器人将不能满足要求，此时移动机器人以其具有大范围活动能力的优点将可以完成任务。
[0003]移动机器人在进行现场作业时需要在一个空间中按照规划的路线进行移动，掌握机器人在移动时的位置信息尤为关键，这就涉及到机器人的定位技术。
[0004]从使用场景来看，定位技术分为室外定位导航技术和室内定位导航技术。室外定位导航通常会使用全球定位系统(Global Posit1ning System,以下简称GPS)技术以及其他定位导航技术。室内定位通常没有GPS信号，且往往要求比室外定位具有更高的精度，因此目前室内定位导航技术通常会使用到无线保真(WIreless-FIdelity，简称W1-FI)、射频识别(Rad1 Frequency Identif icat1n，简称RFID)技术、视觉、惯性等定位导航技术，或者使用多种技术进行融合定位。当使用惯性定位导航的技术时，航向测定在机器人定位与导航系统中扮演着十分重要的角色，精确的航向测定为机器人精度定位提供了保证。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型要解决的技术问题是提供一种机器人航向测定装置及包含该装置的机器人，能够获得机器人精准的航向信息。
[0006]本实用新型采用的技术方案是:
[0007]一种机器人航向测定装置，包括传感器模块和主控芯片，传感器模块包括加速度计、陀螺仪和磁力计；
[0008]加速度计测量机器人运动时的线加速度；陀螺仪测量机器人运动时的角加速度；磁力计测量机器人运动时的地磁场强度；
[0009]加速度计、陀螺仪和磁力计分别与主控芯片连接并分别发送测量的数据至主控芯片;
[0010]主控芯片对接收的测量数据进行预处理并融合预处理后的数据获得机器人的航向。
[0011]进一步优选地，还包括供电设备，供电设备与主控芯片连接。
[0012]进一步优选地，加速度计、陀螺仪和磁力计为三轴。
[0013]进一步优选地，加速计、陀螺仪、磁力计为相互独立或任意方式集成在一起。
[0014]进一步优选地，加速度计和陀螺仪选用MPU-6050模块，MPU-6050模块同时集合了加速度计和陀螺仪。
[0015]进一步优选地，磁力计选用HMC5883L模块。
[0016]进一步优选地，加速计、陀螺仪、磁力计通过集成电路总线(Inter-1ntegratedCircuit,以下简称IIC)接口连接到主控芯片上。
[0017]本实用新型还提供了一种机器人，其包含上述一种机器人航向测定装置。
[0018]本实用新型通过加速度计、陀螺仪和磁力计采集机器人运动时的数据并传送到主控芯片，主控芯片对采集到的数据进行计算融合处理得到机器人的航向信息。本实用新型融合了加速度计、陀螺仪、磁力计三者采集的数据，比单一地使用加速度计或陀螺仪或磁力计估算航向的方法更精确、可靠，而且对传感器要求较低、对传感器数据采样率要求较低，具有更优的技术效果。
【附图说明】
[0019]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细说明:
[0020]图1为本实用新型一种机器人航向测定装置结构框图；
[0021]图2为本实用新型中机器人围绕矩形区域行走一圈的航向变化图。
[0022]附图标号:
[0023]100.传感器模块，101.加速度计，102.陀螺仪，103.磁力计，200.主控芯片。
【具体实施方式】
[0024]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说，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。
[0025]图1为本实用新型一种机器人航向测定装置结构框图，作为本实用新型的一个具体实施例一，一种机器人航向测定装置，包括传感器模块和主控芯片。
[0026]传感器模块100包括加速度计101、陀螺仪102和磁力计103 ；
[0027]加速度计101测量机器人运动时的线加速度；陀螺仪102测量机器人运动时的角加速度；磁力计103测量机器人运动时的地磁场强度；
[0028]加速度计101、陀螺仪102和磁力计103分别与主控芯片200连接并分别发送测量的数据至主控芯片200 ；
[0029]主控芯片200对接收的测量数据进行预处理并融合预处理后的数据获得机器人的航向。主控芯片200可以选用型号为STM32R)72CB的芯片实现，该芯片为意法半导体公司(英文名称STMicroelectronics)生产的芯片。
[0030]具体的，本实用新型中加速度计101、陀螺仪102以及磁力计103分别采集机器人运行时的实时数据并发送至主控芯片200，主控芯片200对实时数据先进行预处理，预处理包括对数据加上时间戳，并且进行必要插值等，通过预处理使得数据的密度更大、更均匀。
[0031]本实用新型对预处理后的数据进行融合，计算出机器人的航向信息，具体采用的算法为Madgwick滤波算法。
[0032]Madgwick滤波算法包含三个输入量，分别为陀螺仪、加速度计和磁力计的测量值；一个输出量，即算法估计的当前时刻的航向。陀螺仪测量值通过积分运算得到系统的航向变换量，加速度计和磁力计测量值通过梯度下降算法得到航向估计解平面，然后利用雅可比矩阵的解析推导理论得到系统航向测定的唯一解，最后将这两部分估计值进行融合就得到最终的航向估计输出值。
[0033]本实用新型中采用的是Madgwick滤波算法估计，该算法应用比较灵活，具有以下几个优点:
[0034]I)对传感器要求较低，无论是6轴的惯性测量单元，还是9轴的磁性，角速度，重力(Magnetic, Angular Rate, Gravity，以下简称MARG)系统均可以采用该算法；
[0035]2)计算量较低，单次滤波状态更新只需要109次算术运算(惯性