專(zhuān)利名稱(chēng)：室外移動(dòng)機(jī)器人的精確定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種室外移動(dòng)機(jī)器人的精確定位系統(tǒng)，屬于移動(dòng)機(jī)器人定位技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前機(jī)器人技術(shù)得到飛速的發(fā)展和應(yīng)用。對(duì)于工業(yè)機(jī)器人，比如焊接機(jī)器人，裝配機(jī)器人，噴漆機(jī)器人等，在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，從自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)發(fā)展到無(wú)人車(chē)間，工業(yè)機(jī)器人在技術(shù)和應(yīng)用上都達(dá)到了令人滿(mǎn)意的程度。但是對(duì)于服務(wù)機(jī)器人，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展，幾乎還處于實(shí)驗(yàn)室階段。可喜的是，其中一種機(jī)器人-家庭吸塵機(jī)器人已經(jīng)走進(jìn)普通家庭應(yīng)用，并形成了產(chǎn)業(yè)規(guī)模。即使是這樣，家庭吸塵機(jī)器人的技術(shù)并沒(méi)有達(dá)到令人滿(mǎn)意的程度，其中最大的難點(diǎn)就是機(jī)器人的定位技術(shù)。不管是產(chǎn)業(yè)界，還是學(xué)術(shù)界都在努力攻克這個(gè)難題。對(duì)于室外移動(dòng)機(jī)器人也面臨這樣的難題。專(zhuān)利US6445983,公開(kāi)一種自主導(dǎo)航系統(tǒng)，能在視覺(jué)導(dǎo)航模式和GPS導(dǎo)航模式間切換的機(jī)器人系統(tǒng)，揭示了 GPS系統(tǒng)，陀螺儀系統(tǒng)，視覺(jué)系統(tǒng)的綜合運(yùn)用。專(zhuān)利US7840352公開(kāi)一種自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)，揭示并保護(hù)了 GPS導(dǎo)航，慣性導(dǎo)航和視覺(jué)導(dǎo)航的綜合系統(tǒng)。在這兩個(gè)專(zhuān)利中都使用GPS定位技術(shù)，但是都試圖從GPS裝置輸出的數(shù)據(jù)中得到準(zhǔn)確的定位信息。但是，GPS定位數(shù)據(jù)包含了難以避免的誤差，其中包括系統(tǒng)誤差，比如衛(wèi)星和接收機(jī)的時(shí)鐘差，星歷誤差，電離層和對(duì)流層延遲誤差等，還包括跟接收機(jī)本身有關(guān)的隨即誤差。因此，基于單獨(dú)的GPS定位數(shù)據(jù)只能達(dá)到10米以上的定位精度，正是這樣的原因，自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)都必須包括其他的定位導(dǎo)航方式來(lái)彌補(bǔ)GPS定位數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決室外移動(dòng)機(jī)器人的自定位問(wèn)題，基于差分GPS的原理，在基站和移動(dòng)機(jī)器人上分別設(shè)置GPS模塊，并進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，以消除系統(tǒng)定位誤差，達(dá)到精確定位的目的。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是室外移動(dòng)機(jī)器人的精確定位系統(tǒng)，包括為移動(dòng)機(jī)器人提供充電接口的基站，所述的基站設(shè)置基站電子控制裝置，所述的基站電子控制裝置包括提供穩(wěn)定電源的第一電源模塊，進(jìn)行集中處理的第一微控器和控制充電過(guò)程的充電模塊；所述的移動(dòng)機(jī)器人設(shè)置機(jī)器人電子控制裝置，所述的機(jī)器人電子控制裝置設(shè)置提供穩(wěn)定電源的第二電源模塊，進(jìn)行集中處理的第二微控器，進(jìn)行狀態(tài)顯示和界面操作的人機(jī)界面，進(jìn)行行走驅(qū)動(dòng)的行走模塊，進(jìn)行環(huán)境障礙物檢測(cè)的環(huán)境感知模塊和與具體任務(wù)相關(guān)的任務(wù)執(zhí)行模塊，其特征在于所述的基站電子控制裝置還包括獲取基站定位數(shù)據(jù)的第一 GPS模塊，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡谝粺o(wú)線(xiàn)串行通信模塊；所述的機(jī)器人電子控制裝置還設(shè)置獲取機(jī)器人定位數(shù)據(jù)的第二 GPS模塊，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡诙o(wú)線(xiàn)串行通信模塊，所述的第二微控器設(shè)置差分定位算法。
所述的第一 GPS模塊與所述的第一微控器連接，所述的第一微控器與所述的第一無(wú)線(xiàn)串行通信模塊連接；所述的第一 GPS模塊獲得基站定位數(shù)據(jù)，并輸出給所述的第一微控器，所述的第一微控器通過(guò)所述的第一無(wú)線(xiàn)串行通信模塊發(fā)送給所述的第二無(wú)線(xiàn)串行通信模塊。所述的第二 GPS模塊與所述的第二微控器連接，所述的第二微控器與所述的第二無(wú)線(xiàn)串行通信模塊連接；所述的第二 GPS模塊獲得機(jī)器人定位數(shù)據(jù)，并輸出給所述的第二微控器；同時(shí)，所述的第二無(wú)線(xiàn)串行通信模塊將接收的基站定位數(shù)據(jù)，傳送給所述的第二微控器。所述的第一無(wú)線(xiàn)串行通信模塊設(shè)置與所述的第二無(wú)線(xiàn)串行通信模塊相同的參數(shù)，可與所述的第二無(wú)線(xiàn)串行通信模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。所述的差分定位算法，包括以下步驟SI :當(dāng)所述的移動(dòng)機(jī)器人在所述的基站的位置，所述的第二微控器通過(guò)所述的第二無(wú)線(xiàn)串行通信模塊，記錄所述的第一 GPS模塊獲得的基站定位數(shù)據(jù)(Eb，Nb)，同時(shí)所述的第二微控器記錄所述的第二 GPS模塊獲得的機(jī)器人定位數(shù)據(jù)，隊(duì))；S2:所述的移動(dòng)機(jī)器人離開(kāi)所述的基站開(kāi)始工作，每隔單位時(shí)間進(jìn)行位置測(cè)量，所述的第二 GPS模塊獲得實(shí)時(shí)機(jī)器人定位數(shù)據(jù)(ep rO，并發(fā)送給所述的第二微控器，同時(shí)所述的第二微控器通過(guò)所述的第二無(wú)線(xiàn)串行通信模塊，接收所述的第一 GPS模塊獲得的實(shí)時(shí)基站定位數(shù)據(jù)(eb, nb)；S3 :所述的第二微控器計(jì)算所述的移動(dòng)機(jī)器人相對(duì)所述的基站的偏移經(jīng)度偏移Ae= (er-Er) - (eb_Eb),諱度偏移 An= (nr_Nr) - (nb_Nb)；S4 :所述的第二微控器計(jì)算所述的移動(dòng)機(jī)器人相對(duì)所述的基站的移動(dòng)距離經(jīng)線(xiàn)移動(dòng)距離Ax= A e R cosNb,纟韋線(xiàn)移動(dòng)距離Ay= An R,所述的R為地球赤道的平均半徑。


圖I是系統(tǒng)示意圖；圖2是基站電子控制裝置的原理框圖；圖3是機(jī)器人電子控制裝置的原理框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。參照?qǐng)D1-3，室外移動(dòng)機(jī)器人的精確定位系統(tǒng)，包括為移動(dòng)機(jī)器人15提供充電接口的基站14，所述的基站14設(shè)置基站電子控制裝置，所述的基站電子控制裝置包括提供穩(wěn)定電源的第一電源模塊I，進(jìn)行集中處理的第一微控器2和控制充電過(guò)程的充電模塊5,還包括獲取基站定位數(shù)據(jù)的第一 GPS模塊3，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡谝粺o(wú)線(xiàn)串行通信模塊4。所述的移動(dòng)機(jī)器人15設(shè)置機(jī)器人電子控制裝置，所述的機(jī)器人電子控制裝置設(shè)置提供穩(wěn)定電源的第二電源模塊6，進(jìn)行集中處理的第二微控器7，進(jìn)行狀態(tài)顯示和界面操作的人機(jī)界面13，進(jìn)行行走驅(qū)動(dòng)的行走模塊11，進(jìn)行環(huán)境障礙物檢測(cè)的環(huán)境感知模塊12和與具體任務(wù)相關(guān)的任務(wù)執(zhí)行模塊10，還設(shè)置獲取機(jī)器人定位數(shù)據(jù)的第二 GPS模塊8，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡诙o(wú)線(xiàn)串行通信模塊9，所述的第二微控器7設(shè)置差分定位算法。所述的任務(wù)執(zhí)行模塊10，行走模塊11，環(huán)境感知模塊12和人機(jī)界面13與所述的第二微控器7連接，進(jìn)行集中控制。
所述的第一無(wú)線(xiàn)串行通信模塊4設(shè)置與所述的第二無(wú)線(xiàn)串行通信模塊9相同的參數(shù)，可與所述的第二無(wú)線(xiàn)串行通信模塊9進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。所述的第一 GPS模塊3與所述的第一微控器2連接，所述的第一微控器2與所述的第一無(wú)線(xiàn)串行通信模塊4連接；所述的第一 GPS模塊3獲得基站定位數(shù)據(jù)，并輸出給所述的第一微控器2，所述的第一微控器2通過(guò)所述的第一無(wú)線(xiàn)串行通信模塊4發(fā)送給所述的第二無(wú)線(xiàn)串行通信模塊9，所述的第二無(wú)線(xiàn)串行通信模塊9將接收的基站定位數(shù)據(jù)，傳送給所述的第二微控器7。所述的第二 GPS模塊8與所述的第二微控器7連接，所述的第二微控器7與所述的第二無(wú)線(xiàn)串行通信模塊9連接；所述的第二 GPS模塊8獲得機(jī)器人定位數(shù)據(jù)，并輸出給所述的第二微控器7。所述的第二微控器7執(zhí)行所述的差分定位算法，將基站定位數(shù)據(jù)與機(jī)器人定位數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合得到精確的定位數(shù)據(jù)。所述的差分定位算法包括以下步驟SI 當(dāng)所述的移動(dòng)機(jī)器人15在所述的基站14的位置，所述的第二微控器7通過(guò)所述的第二無(wú)線(xiàn)串行通信模塊9，記錄所述的第一 GPS模塊3獲得的基站定位數(shù)據(jù)(Eb，Nb)，同時(shí)所述的第二微控器7記錄所述的第二 GPS模塊8獲得的機(jī)器人定位數(shù)據(jù)(民，Nr)；S2 :所述的移動(dòng)機(jī)器人15離開(kāi)所述的基站14開(kāi)始工作，每隔單位時(shí)間進(jìn)行位置測(cè)量，所述的第二 GPS模塊8獲得實(shí)時(shí)機(jī)器人定位數(shù)據(jù)(ep rO，并發(fā)送給所述的第二微控器7，同時(shí)所述的第二微控器7通過(guò)所述的第二無(wú)線(xiàn)串行通信模塊9，接收所述的第一GPS模塊3獲得的實(shí)時(shí)基站定位數(shù)據(jù)(eb，nb)；S3 :所述的第二微控器7計(jì)算所述的移動(dòng)機(jī)器人15相對(duì)所述的基站14的偏移經(jīng)度偏移 Ae= (er-Er) - (eb_Eb),諱度偏移 An= (nr_Nr) - (nb_Nb)；S4 :所述的第二微控器7計(jì)算所述的移動(dòng)機(jī)器人15相對(duì)所述的基站14的移動(dòng)距離經(jīng)線(xiàn)移動(dòng)距離Ax= A e R cosNb,纟韋線(xiàn)移動(dòng)距離Ay= A n R,所述的R為地球赤道的平均半徑。對(duì)于步驟SI的基站定位數(shù)據(jù)(Eb，Nb)，可分別表示為基站經(jīng)度五辦=El+ dEsys，b，基站諱度—Nb + dNsys，b。其中，ETb, iVf為所述基站14的真實(shí)經(jīng)度和緯度，dEsys,b，dNsys,b為所述的第一GPS模塊3測(cè)量經(jīng)度和緯度的系統(tǒng)誤差，而所述的第一 GPS模塊3的自身隨機(jī)誤差具有數(shù)值小，不可測(cè)量的原因，在這里不予考慮。而步驟SI的機(jī)器人定位數(shù)據(jù)(民，Nr)，分別為基站經(jīng)度& = E7r + dEsysr基站緯度= A^ + dNsys，r其中，為所述基站14的真實(shí)經(jīng)度和緯度，與Ef，iVf相同，dEsys,r，dNsys,r為所述的第二 GPS模塊8測(cè)量經(jīng)度和緯度的系統(tǒng)誤差，而所述的第二 GPS模塊8的自身隨機(jī)誤差具有數(shù)值小，不可測(cè)量的原因，在這里不予考慮。對(duì)于步驟S2中的實(shí)時(shí)基站定位數(shù)據(jù)(eb，nb)，分別為基站經(jīng)度％= El + desys，b基站緯度％= Nl + dnsys b。其中，desys,b, dnsys,b為所述的第一 GPS模塊3測(cè)量經(jīng)度和緯度的實(shí)時(shí)系統(tǒng)誤差。而步驟S2的實(shí)時(shí)機(jī)器人定位數(shù)據(jù)(4，nr)，分別為基站經(jīng)度&= 4 + (Iesysr
基站緯度\= nTr + dnsys r。其中，eTr, <為所述的移動(dòng)機(jī)器人15所在位置的真實(shí)經(jīng)度和緯度，desys,r，dnsys,r為所述的第二 GPS模塊8測(cè)量經(jīng)度和緯度的實(shí)時(shí)系統(tǒng)誤差。所述的步驟S3中，計(jì)算所述的移動(dòng)機(jī)器人15相對(duì)所述的基站14的偏移經(jīng)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)諱度偏移八《= (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?yàn)樵谕粫r(shí)間點(diǎn)上所述的第一 GPS模塊3和第二 GPS模塊8的系統(tǒng)誤差是相同的，所以，desys,r = desys,b, dEsys,r = dEsys,b, dnsys,r = dnsys,b, dNsys,r = dNsys,b。最終得到Ae= (er -Er)- (eb — Eb)=eTr -E^ {或者 e: - El、An = (Hr-Nr)- (nb - Nb)=nTr - Ni (或者 n: - )。再通過(guò)所述的步驟S4可得到所述的移動(dòng)機(jī)器人15相對(duì)所述基站14的移動(dòng)距離。其中，經(jīng)線(xiàn)移動(dòng)距離△ X中的緯度數(shù)據(jù)采用了所述基站獲得的緯度Nb，緯度Nb本身帶有系統(tǒng)誤差的，但是在所述的步驟S4以R CosNb作為常數(shù)來(lái)用，對(duì)精度影響有限。綜上所述，通過(guò)所述的差分定位算法得到的所述移動(dòng)機(jī)器人的真實(shí)移動(dòng)距離，去除了測(cè)量中的系統(tǒng)誤差，只保留了很小部分的隨機(jī)誤差，為室外移動(dòng)機(jī)器人的定位和導(dǎo)航提供了精確的解決方案。
權(quán)利要求
1.室外移動(dòng)機(jī)器人的精確定位系統(tǒng)，包括為移動(dòng)機(jī)器人提供充電接口的基站，所述的基站設(shè)置基站電子控制裝置，所述的基站電子控制裝置包括提供穩(wěn)定電源的第一電源模塊，進(jìn)行集中處理的第一微控器和控制充電過(guò)程的充電模塊；所述的移動(dòng)機(jī)器人設(shè)置機(jī)器人電子控制裝置，所述的機(jī)器人電子控制裝置設(shè)置提供穩(wěn)定電源的第二電源模塊，進(jìn)行集中處理的第二微控器，進(jìn)行狀態(tài)顯示和界面操作的人機(jī)界面，進(jìn)行行走驅(qū)動(dòng)的行走模塊，進(jìn)行環(huán)境障礙物檢測(cè)的環(huán)境感知模塊和與具體任務(wù)相關(guān)的任務(wù)執(zhí)行模塊，其特征在于所述的基站電子控制裝置還包括獲取基站定位數(shù)據(jù)的第一 GPS模塊，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡谝粺o(wú)線(xiàn)串行通信模塊；所述的機(jī)器人電子控制裝置還設(shè)置獲取機(jī)器人定位數(shù)據(jù)的第二 GPS模塊，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡诙o(wú)線(xiàn)串行通信模塊，所述的第二微控器設(shè)置差分定位算法。
2.如權(quán)利要求I所述的室外移動(dòng)機(jī)器人的精確定位系統(tǒng)，其特征在于所述的第一GPS模塊與所述的第一微控器連接，所述的第一微控器與所述的第一無(wú)線(xiàn)串行通信模塊連接；所述的第一 GPS模塊獲得基站定位數(shù)據(jù)，并輸出給所述的第一微控器，所述的第一微控器通過(guò)所述的第一無(wú)線(xiàn)串行通信模塊發(fā)送給所述的第二無(wú)線(xiàn)串行通信模塊。
3.如權(quán)利要求I所述的室外移動(dòng)機(jī)器人的精確定位系統(tǒng)，其特征在于所述的第二GPS模塊與所述的第二微控器連接，所述的第二微控器與所述的第二無(wú)線(xiàn)串行通信模塊連接；所述的第二 GPS模塊獲得機(jī)器人定位數(shù)據(jù)，并輸出給所述的第二微控器；同時(shí)，所述的第二無(wú)線(xiàn)串行通信模塊將接收的基站定位數(shù)據(jù)傳送給所述的第二微控器。
4.如權(quán)利要求2或3所述的室外移動(dòng)機(jī)器人的精確定位系統(tǒng)，其特征在于所述的第一無(wú)線(xiàn)串行通信模塊設(shè)置與所述的第二無(wú)線(xiàn)串行通信模塊相同的參數(shù)，可與所述的第二無(wú)線(xiàn)串行通信模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
5.如權(quán)利要求I所述的室外移動(dòng)機(jī)器人的精確定位系統(tǒng)，其特征在于所述的差分定位算法，包括以下步驟 S1:當(dāng)所述的移動(dòng)機(jī)器人在所述的基站的位置，所述的第二微控器通過(guò)所述的第二無(wú)線(xiàn)串行通信模塊，記錄所述的第一 GPS模塊獲得的基站定位數(shù)據(jù)(Eb，Nb)，同時(shí)所述的第二微控器記錄所述的第二 GPS模塊獲得的機(jī)器人定位數(shù)據(jù)，隊(duì))； S2:所述的移動(dòng)機(jī)器人離開(kāi)所述的基站開(kāi)始工作，每隔單位時(shí)間進(jìn)行位置測(cè)量，所述的第二 GPS模塊獲得實(shí)時(shí)機(jī)器人定位數(shù)據(jù)(ep rO，并發(fā)送給所述的第二微控器，同時(shí)所述的第二微控器通過(guò)所述的第二無(wú)線(xiàn)串行通信模塊，接收所述的第一 GPS模塊獲得的實(shí)時(shí)基站定位數(shù)據(jù)(eb，nb)； S3:所述的第二微控器計(jì)算所述的移動(dòng)機(jī)器人相對(duì)所述的基站的偏移經(jīng)度偏移Ae=(er-Er) - (eb-Eb),諱度偏移 An= (nr_Nr) - (nb_Nb)； S4:所述的第二微控器計(jì)算所述的移動(dòng)機(jī)器人相對(duì)所述的基站的移動(dòng)距離經(jīng)線(xiàn)移動(dòng)距離Ax= A e R cosNb,諱線(xiàn)移動(dòng)距離Ay= A n R,所述的R為地球赤道的平均半徑。
全文摘要
公開(kāi)一種室外移動(dòng)機(jī)器人的精確定位系統(tǒng)，包括為移動(dòng)機(jī)器人提供充電接口的基站，所述的基站設(shè)置基站電子控制裝置，所述的基站電子控制裝置包括提供穩(wěn)定電源的第一電源模塊，進(jìn)行集中處理的第一微控器，控制充電過(guò)程的充電模塊，獲取基站定位數(shù)據(jù)的第一GPS模塊，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡谝粺o(wú)線(xiàn)串行通信模塊；所述的移動(dòng)機(jī)器人設(shè)置機(jī)器人電子控制裝置，所述的機(jī)器人電子控制裝置設(shè)置提供穩(wěn)定電源的第二電源模塊，進(jìn)行集中處理的第二微控器，獲取機(jī)器人定位數(shù)據(jù)的第二GPS模塊，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡诙o(wú)線(xiàn)串行通信模塊，進(jìn)行狀態(tài)顯示和界面操作的人機(jī)界面，進(jìn)行行走驅(qū)動(dòng)的行走模塊，進(jìn)行環(huán)境障礙物檢測(cè)的環(huán)境感知模塊和與具體任務(wù)相關(guān)的任務(wù)執(zhí)行模塊。
文檔編號(hào)G01S19/42GK102621566SQ20121004888
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月20日
發(fā)明者劉瑜 申請(qǐng)人:劉瑜