[發明專利]一種移動機器人的位姿傳感系統及其方法

有效

• 申請號: 200610011732.6
• 申請日: 2006-04-05
• 公開（公告）號: CN101049697A
• 公開（公告）日: 2007-10-10
• 發明（設計）人: 譚湘敏;易建強;趙冬斌
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: B25J19/00
• 分類號: B25J19/00;G05B19/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 周國城

1、一種移動機器人的位姿傳感系統，由光電傳感器、傳感器彈壓機構、控制處理電路三部分組成，至少安裝兩個光電傳感器，其中一個安裝在機器人的中心點，另一個安裝在機器人自身坐標系的X軸正方向上，光電傳感器通過圖像處理探測到機器人的相對位移和旋轉角度，光電傳感器的內部電路再將相對位移轉換成數字信號送給控制處理電路；傳感器彈壓機構保證光電傳感器與地面保持合適的距離；控制處理電路包括一塊單片機和通訊驅動芯片，主程序、初始化子程序、位姿估計處理子程序和通信子程序固化在單片機中，單片機對光電傳感器的內部電路送來的數字信息進行濾波、融合以及位姿估計處理以及與上位機的通訊。

2、根據權利要求1所述的移動機器人的位姿傳感系統，其特征在于，光電傳感器基于反射式工作，通過內部發光二極管發出的光線照射到地面上，然后通過光學透鏡將圖像傳輸到光電傳感器內部，再由其中的圖像分析芯片對移動過程中得到一系列圖像進行分析處理，從而得到相對移動的距離和方向，其內部電路再將相對位移轉換成數字信號送給控制處理電路。

3、根據權利要求1或2所述的移動機器人的位姿傳感系統，其特征在于，兩個光電傳感器安裝在一條直線上。

4、根據權利要求1所述的移動機器人的位姿傳感系統，其特征在于，傳感器彈壓機構(5)通過定位螺桿(1)，定位螺母(2)，定位彈簧(6)固定在機器人底部，其中將一根定位螺桿(1)安裝在機器人的運動中心，一根安裝在機器人的運動正方向，根據實際情況調節定位螺母(2)來實現定位螺桿(1)長度的調節，保證光電傳感器基本與地面平行并且在有效的距離以內，定位彈簧(6)主要作用是保證傳感器彈壓機構(5)穩定，另外，當機器人越過障礙時又可以使傳感器彈壓機構(5)彈回到原來的位置，萬向球(8)安裝在傳感器彈壓機構的兩端，能夠使光電傳感器和地面保持一定的距離，當地面有小的障礙物時，也可以使傳感器彈壓機構(5)彈起，從而保護傳感器彈壓機構(5)，當調節好傳感器彈壓機構(5)后，光電傳感器(7)內的發光二極管照射到地面上，機器人運動時采集圖像至光電傳感器中的圖像分析芯片中進行處理，然后計算出移動的距離和方向，直接傳給單片機進行位姿估計處理，處理完畢后則通過通信口傳給上位機。

5、根據權利要求1所述的移動機器人的位姿傳感系統，其特征在于，所述控制處理電路包括單片機(12)、通信驅動芯片(13)和通信端口(14)，光電傳感器(7)、單片機(12)、通信驅動芯片(13)和通信端口(14)順序連接。

6、根據權利要求5所述的移動機器人的位姿傳感系統，其特征在于，單片機(12)集成有FLASH，RAM，EEPROM，內置的在線仿真ICE在目標板上仿真，下載程序。

7.一種移動機器人的位姿傳感系統的方法，其步驟如下：1、系統上電后，首先向上位機發出請求，要求上位機給出初始參數，上位機接到請求則發出初始化命令，完成系統初始化工作，上電時初始化各項值均為默認值，任意時刻上位機發出修改參數的命令都可以改變設置值，初始化工作主要包括對光電傳感器(7)和通信端口初始化，以及機器人初始位姿的確定與位姿估計的周期參數；然后判斷初始化是否成功，如果沒有成功則返回初始化程序重新初始化；2、初始化成功后，采集光電傳感器信息，并進行信息濾波、融合工作，開始接收光電傳感器的輸出值，再根據公式進行位姿估計，誤差補償也包含在位姿估計處理子程序中；3、當位姿估計計算完成后則通過通信端口把位姿估計值發送給上位機；最后接收上位機命令信息判斷是否結束工作，如果收到結束命令，則程序結束，否則返回到步驟2開始進行下一次位姿估計，一直循環工作，不停地接收光電傳感器信號，不停地進行位姿估計計算，不停地給上位機發送實時位姿信息，從而實現機器人位姿信息的實時更新。