[發明專利]輪式機器人定位系統及其定位方法

在審

• 申請號: 201810272644.4
• 申請日: 2018-03-29
• 公開（公告）號: CN108508797A
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發明（設計）人: 史穎剛;劉利;張鑫宇;慕文博;梁鑫;陳昊;張德偉
• 申請（專利權）人: 西北農林科技大學
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種輪式機器人定位系統，其特征在于，包括主控模塊，以及與所述主控模塊連接的SLAM模塊、電機驅動模塊、地磁傳感器、陀螺儀和測速傳感器；所述SLAM模塊與激光雷達連接，所述電機驅動模塊與各驅動輪電機連接。

2.根據權利要求1所述的輪式機器人定位系統，其特征在于，所述測速傳感器是編碼器，所述編碼器與驅動輪一一對應。

3.根據權利要求1或2所述的輪式機器人定位系統，其特征在于，驅動輪有兩個，分別是左驅動輪和右驅動輪；所述定位系統還包括前萬向輪和后萬向輪。

4.根據權利要求1至3任一所述的輪式機器人定位系統，其特征在于，所述主控模塊的主體是以ARM架構的STM32F103VET6芯片；所述主控模塊還包括電源轉化電路、復位電路、時鐘電路、去耦電路電源指示燈電路和蜂鳴器電路；所述蜂鳴器電路提示所述定位系統工作的相關進度。

5.根據權利要求1至4任一所述的輪式機器人定位系統，其特征在于，所述主控模塊、SLAM模塊、電機驅動模塊、激光雷達、陀螺儀和地磁傳感器固定在輪式機器人的移動小車車體上。

6.一種輪式機器人定位方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1，激光雷達掃描一個360度的二維平面地圖數據并傳送給SLAM模塊，所述SLAM模塊對該二維平面地圖數據處理并提取地圖中的特征點、判斷機器人在環境中的位置；同時，陀螺儀采集輪式機器人與水平面的夾角信息、地磁傳感器采集輪式機器人在水平面內的方向信息，并分別傳送給所述SLAM模塊，所述SLAM模塊經過數據融合算法得到角度數據從而確定機器人的航向角；

S2，所述SLAM模塊根據航向角將機器人應該向X軸向和Y軸向移動的速度量，及機器人轉向時的角速度量傳輸給主控模塊；所述主控模塊根據所述SLAM模塊傳輸來的速度量、以及各編碼器、所述地磁傳感器、所述陀螺儀適時采集的信息，發送電機控制信號給電機驅動模塊，所述電機驅動模塊驅動各驅動輪電機進行正轉或反轉或調速，實現機器人的前進或后退或左轉前進或右轉前進或左轉后退或右轉后退或速度調節或停止的基本運動動作。

7.根據權利要求6所述的輪式機器人定位方法，其特征在于，上述S1中，所述SLAM模塊將所述激光雷達掃描的二維平面地圖這樣的局部地圖數據進行SLAM算法處理，并構建出增量式全局地圖，同時確定機器人系統自身的位置；然后，所述SLAM模塊通過以太網進行信號傳輸，將增量式全局地圖和機器人系統自身位置及機器人的航向角顯示在上位機上。

8.根據權利要求6或7所述的輪式機器人定位方法，其特征在于，上述S2中，所述陀螺儀采集車輪與水平地面的夾角；當車輪因地面凹陷或凸起偏離水平位置時，所述陀螺儀采集兩者之間的夾角并將數據傳輸到所述SLAM模塊，經SLAM算法處理數據后繼續傳輸到所述主控模塊，進而由所述主控模塊產生算法對輪式機器人姿態進行調整；當小車處于上坡、下坡或平路的不同路況時，所述陀螺儀采集車輪與水平地面的夾角，并將數據通過所述SLAM模塊傳輸到所述主控模塊，所述主控模塊產生算法對輪式機器人的速度進行調控。

9.根據權利要求6或7所述的輪式機器人定位方法，其特征在于，上述S2中，所述各編碼器分別采集各驅動輪的速度并傳送給所述主控模塊，所述主控模塊采用PID速度控制算法精確控制機器人各驅動輪的速度。

10.根據權利要求6至9任一所述的輪式機器人定位方法，其特征在于，上述S2中，所述地磁傳感器固定在輪式機器人的移動小車車體上；當移動小車需要轉向時，所述地磁傳感器首先記錄初始的地磁傳感器和地磁場方向的夾角，然后隨著移動小車轉向不斷獲取所述地磁傳感器和地磁場方向之間的動態的夾角，所述適時動態的夾角與初始的夾角相減，得到移動小車轉過的角度；所述主控模塊產生控制機器人速度的PWM波，再通過PID方向控制算法，保證機器人以目標方向移動。