[發明專利]一種移動機器人用定位裝置及定位方法

在審

• 申請號: 201410374749.2
• 申請日: 2014-07-31
• 公開（公告）號: CN104089617A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發明（設計）人: 駱德淵;彭倍;劉靜
• 申請（專利權）人: 四川阿泰因機器人智能裝備有限公司
• 主分類號: G01C21/10
• 分類號: G01C21/10
• 代理公司: 四川力久律師事務所 51221
• 代理人: 林輝輪;王蕓

1.一種移動機器人用定位裝置，包括支架(1)，其特征在于，所述支架(1)上設有至少兩個全向輪(2)，相鄰兩個所述全向輪(2)旋轉軸之間的夾角為大于0°同時小于180°，每個全向輪(2)相對所述支架(1)可沿豎直方向滑動；所述定位裝置還包括能夠采集每個所述全向輪(2)線速度的線速度采集裝置，能夠采集所述支架(1)旋轉角度的角速度采集裝置，以及處理系統(9)，所述線速度采集裝置的數據輸出接口、角速度采集裝置的數據輸出接口分別與所述處理系統(9)通訊連接。

2.根據權利要求1所述的一種移動機器人用定位裝置，其特征在于，所述支架(1)上設有兩個大小相同、相互垂直的全向輪(2)。

3.根據權利要求2所述一種移動機器人用定位裝置，其特征在于，所述支架(1)上設有頂蓋(5)，每個所述全向輪(2)裝于輪架(3)上，每個所述輪架(3)與所述頂蓋(5)之間還設有伸縮部件(4)，所述伸縮部件(4)包括豎直連接在所述頂蓋(5)、所述輪架(3)之間的減震軸(41)，所述減震軸(41)外套設有減震彈簧(42)。

4.根據權利要求3所述一種移動機器人用定位裝置，其特征在于，每個所述輪架(3)上設有至少一個沿豎直方向的滑塊(32)，所述支架(1)上對應設有與所述滑塊(32)適配的滑槽(14)。

5.根據權利要求4所述一種移動機器人用定位裝置，其特征在于，所述支架(1)包括中間板(12)以及垂直連接在所述中間板(12)端部的側板一(11)和側板二(13)，形成Z字形狀，兩個所述全向輪(2)分別位于所述中間板(12)兩側。

6.根據權利要求5所述一種移動機器人用定位裝置，其特征在于，所述滑槽(14)包括四個，其中兩個滑槽(14)分別設在所述中間板(12)兩側，另外兩個滑槽(14)分別設在所述側板一(11)、側板二(13)上，每個所述全向輪(2)的輪架(3)上對應位置設有兩個滑塊(32)與對應所述滑槽(14)適配。

7.根據權利要求2-6任一所述一種移動機器人用定位裝置，其特征在于，所述線速度采集裝置為分別設于每個所述全向輪(2)輪軸上的增量式編碼器(8)，所述角速度采集裝置為陀螺儀(95)。

8.根據權利要求7所述一種移動機器人用定位裝置，其特征在于，所述支架(1)底部還設有底蓋(6)，所述底蓋(6)相應位置設有能夠穿過兩個所述全向輪(2)(2)的開槽(62)，所述支架(1)、頂蓋(5)、底蓋(6)之間還設有封板(7)，能夠將所述全向輪(2)、輪架(3)、伸縮部件(4)、線速度采集裝置封裝；所述處理系統(9)設于所述頂蓋(5)表面，包括底板(93)、處理器平臺(92)和上殼(91)，所述上殼(91)設有所述處理器平臺(92)的數據傳輸接口(96)。

9.一種移動機器人用定位裝置的定位方法，使用如權利要求2所述的移動機器人用定位裝置，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、將所述定位裝置固設于移動機器人底盤下方，調整所述定位裝置的兩個全向輪(2)與移動機器人其他車輪為同一水平面；

步驟二、測量兩個全向輪(2)分別相對于移動機器人車體中心的垂直距離l₁、l₂；

步驟三、移動機器人運動，所述線速度采集裝置同時采集兩個全向輪(2)的參數，分別獲得單位時間內每個全向輪(2)的線速度V₁、V₂，所述角速度采集裝置采集所述定位裝置的參數，獲得單位時間內所述定位裝置的相對地面旋轉角度的增量???????????????????????????????????????????????；

步驟四、將所述線速度采集裝置和角速度采集裝置所采集的參數傳輸至所述處理系統(9)，所述處理系統(9)輸出移動機器人的當前位置參數，包括位于世界坐標系XOY的平面坐標x、y和旋轉角度θ。

10.根據權利要求9所述一種移動機器人用定位裝置的定位方法，其特征在于，所述移動機器人的位于世界坐標系XOY的當前位置坐標值x、y、θ根據以下步驟得到：

步驟a、在水平面車體坐標系IOJ中，其中以車體中心為中心點O、OA方向位于移動機器人進行方向、OJ方向為移動機器人行進的垂直方向，通過所述線速度采集裝置獲得單位時間內每個全向輪(2)的線速度V₁、V₂，和所述角速度采集裝置獲得的單位時間內所述定位裝置的相對地面旋轉角度的增量，以及結合兩個全向輪(2)分別相對于移動機器人車體中心的垂直距離l₁、l₂，得到移動機器人在車體坐標系IOJ中沿I方向和J方向的瞬時速度V_i，V_j如下:

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步驟b、將步驟a中的公式進行積分，得到移動機器人在車體坐標系IOJ中單位時間內定位裝置在車體坐標系IOJ中的移動距離di、dj如下：

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步驟c、通過世界坐標系XOY和車體坐標系IOJ中的換算，結合所述步驟a、步驟b的公式，得到所述移動機器人的位于世界坐標系XOY的當前位置坐標值x、y、θ如下：

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其中上述公式中的各個參數表示的含義如下：

V₁、V₂：分別為根據所述線速度采集裝置采集的信息獲得的兩個全向輪(2)的瞬時線速度；

V_i，V_j：分別為所述定位裝置在車體坐標系IOJ中沿I方向和J方向的瞬時速度；

、分別為根據所述線速度采集裝置測得的在單位時間內兩個全向輪(2)旋轉軌跡的增量；

為所述角速度采集裝置測得的定位裝置在單位時間內相對地面轉動角度的增量；

l₁、l₂分別為兩個全向輪(2)與移動機器人車體中心的垂直距離；

di、dj分別為單位時間內定位裝置在車體坐標系IOJ中的移動距離。