[發明專利]一種平面移動機器人位姿測量系統

在審

• 申請號: 202011624085.2
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112833854A
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 楊洪玖;馮國林;趙苓;李洪波
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01C1/00
• 分類號: G01C1/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

本發明公開了一種平面移動機器人位姿測量系統，包括定位系統、方位角測量模塊、微處理器、無線傳輸系統、遙控設備、上位機以及顯示器；所述定位系統包括三個基站和一個標簽；所述無線傳輸系統包括無線傳輸模塊節點1和無線傳輸模塊節點2；所述遙控設備包括遙控接收端和手持遙控發送端；所述標簽、方位角測量模塊、微處理器、無線傳輸模塊節點1置于所述平面移動機器人內部；所述交互端包括無線傳輸模塊節點2、上位機、顯示器和手持遙控終發送端；所述微處理器通過串行總線讀取位姿信息并通過濾波算法進行處理。本發明同時給出此種測量系統的使用方法。本發明可以實現一類平面移動機器人的位姿測量和采集。

技術領域：

本發明屬于平面移動機器人位姿測量技術領域，特別是涉及一種平面移動機器人位姿測量系統。

背景技術：

平面移動機器人路徑跟蹤實驗要求獲取平面移動機器人的位置、方向角信息，用于平面移動機器人動力學控制反饋或路徑記錄。

現在的測量系統按傳感器工作原理分類可分為三類：

(1)間接測量系統，在模型機械結構的轉動關節處安裝編碼器傳感器，通過該關節轉動角度和平面移動機器人位置變化的關系，間接解算模型的位姿信息。該方法存在以下缺點：一是適用條件苛刻，轉軸上需要空間和其他電路裝備才能安裝并使用編碼器；二是模型干擾大，平面移動機器人運行時打滑等因素造成的誤差難以補償，誤差累積，測量精度不高。

(2)光學測量系統，在模型上安裝一定數量的標記點，采用光學測量元件實時捕捉標記點的空間坐標，解算獲得模型位姿信息。該方法存在以下缺點：一是系統復雜，造價昂貴；二是系統校準、標定和使用流程繁瑣，穩定性差；三是在模型上布置標志點，大大增加了模型設計加工的難度。

(3)慣導測量系統，依靠慣性測量傳感器去獲得模型的加速度和角加速度，積分出模型的位姿。該方法存在以下缺點：一是造價昂貴，安裝精度要求高；二是誤差會累積；產生較大的偏移。

發明內容：

為了解決上述問題，本發明提出了一種平面移動機器人位姿測量系統，采用超寬帶技術獲取模型的相對位置，利用地磁計解算方位角，再經過濾波算法處理，從而獲得模型在設定參考系中的位姿信息。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種平面移動機器人位姿測量系統，包括定位系統、方位角測量模塊、微處理器、無線傳輸設備、遙控設備以及交互端，其特征在于，所述定位系統包括基站1、基站2、基站3和標簽；所述無線傳輸設備包括無線傳輸模塊節點1和無線傳輸模塊節點2；所述遙控設備包括遙控發送端和遙控接收端；所述交互端包括上位機、與上位機相連的無線傳輸模塊節點2、顯示器和手持遙控發送端，其特征在于，

其中，所述標簽、方位角測量模塊、微處理器、無線傳輸模塊節點1置于所述平面移動機器人上；所述定位系統和方位角測量模塊的測量信息通被送入平面移動機器人的微處理器，由微處理器通過濾波算法進行處理；所述上位機與所述微處理器之間的信息通過所述無線傳輸設備進行交換；所述遙控設備遠程發送信息進入所述微處理器；

所述基站1、基站2、基站3安裝位置已知，所述標簽安裝在所述平面移動機器人的幾何中心位置，通過所述標簽用于獲取自身和所述基站1、基站2、基站3之間的距離信息，從而解算出平面移動機器人相對位置。

所述方位角測量模塊含有一個地磁計，根據地磁信息實時解算所述平面移動機器人的在水平行駛區域內的方位角。

所述微處理器通過所獲取所述標簽解算得到的參考位置信息和所述方位角測量模塊測量的方位角信息并通過濾波算法進行處理，并能通過所述無線傳輸模塊節點1與上位機之間進行信息傳輸。

所述濾波算法為：