CN103472844A - 基于电子标签自校正的移动平台定位系统 - Google Patents
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Abstract
公开一种基于电子标签自校正的移动平台定位系统，包括提供稳定电源的电源管理模块，微控器，人机界面模块，行走驱动模块，障碍物检测模块，所述的行走驱动模块控制左驱动电机和右驱动电机的旋转方向和旋转速度，所述的左驱动电机上安装左编码器，所述的右驱动电机上安装右编码器，所述的左编码器和右编码器组成双编码器定位模块，进行方位测量的电子陀螺仪，执行特定任务的任务执行模块，还包括设置在工作环境中的电子标签，所述的电子标签设置至少两个，所述的电子标签设置位置数据，进行电子标签识别的电子标签识别模块，所述的电子标签识别模块与所述的微控器连接，所述的微控器设置自校正定位算法，所述的自校正定位算法可以校正所述的移动平台的位置数据。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于电子标签自校正的移动平台定位系统，属于移动机器人技术领域。
背景技术
移动平台的自定位问题一直是一个技术难题，到目前也没有得到妥善解决，因此服务型机器人的发展严重滞后于工业机器人的发展。传统的定位方法主要采用惯性导航方法，比如编码器定位、加速度传感器等，虽然技术成熟，并且具有成本低廉的优点，但是无法消除的累计误差，随着时间的推移，误差会越来越大，最后数据无法使用。科技工作者正在不断尝试新的方法解决该问题。比如，基于图像识别的定位方法，随着计算机技术和成像技术的发展，逐步发展起来并取得一定成功。但是这种方法容易受到环境光线和环境变化的影响，容易发生定位失效。还有就是基于激光雷达进行环境测距，然后环境建模，为环境绘制一张地图，然后基于该地图进行自定位，该方法的计算量非常大，并且对存储容量要求也很高，并且不能解决人员或者家具设施的遮挡问题。
发明内容
本发明为了克服现有移动平台自定位方法的不足，提供一种基于电子标签自校正的移动平台定位系统，设置双编码器定位模块、电子陀螺仪、电子标签和电子标签识别模块，利用电子标签提供的位置信息对传统定位方式进行校正，以达到提高定位精度的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
基于电子标签自校正的移动平台定位系统，包括提供稳定电源的电源管理模块，进行集中处理的微控器，进行状态显示和界面操作的人机界面模块，进行自由移动的行走驱动模块，进行障碍物检测的障碍物检测模块，所述的行走驱动模块控制左驱动电机和右驱动电机的旋转方向和旋转速度，所述的左驱动电机上安装左编码器，所述的右驱动电机上安装右编码器，所述的左编码器和右编码器组成双编码器定位模块，进行所述的移动平台的方位测量的电子陀螺仪，执行特定任务的任务执行模块，所述的人机界面模块、行走驱动模块、障碍物检测模块、双编码器定位模块、电子陀螺仪和任务执行模块与所述的微控器连接，还包括设置在工作环境中的电子标签，所述的电子标签设置至少两个，所述的电子标签设置位置数据；进行电子标签识别的电子标签识别模块，所述的电子标签识别模块与所述的微控器连接，所述的微控器设置自校正定位算法，所述的自校正定位算法包括以下步骤：
（1）、所述的移动平台在行走过程中，通过所述的电子陀螺仪计算自身的方位θ，所述的双编码器定位模块计算自身的位置（x，y）；
（2）、当所述的移动平台通过所述的电子标签识别模块识别到所述的电子标签，并读取了所述的电子标签的位置数据，得到所述的电子标签的位置（x’，y’）；
（3）、计算所述的移动平台的角度偏转θ=arctan(y’/x’)-arctan(y/x)，然后进行方位校正θ=θ+θ=θ+ arctan(y’/x’ )-arctan(y/x)；
（4）、进行位置校正x=x’，y=y’，返回步骤（1）。
所述的电子标签设置唯一的识别代码，所述的微控器设置与所述的识别代码对应的位置数据。
本发明的有益效果主要表现在：1、可基于双编码器定位模块和电子陀螺仪进行位置和方位的计算；2、可基于电子标签和电子标签识别模块进行定位数据的校正，降低定位误差；3、算法简单，计算量小。
附图说明
图1是基于电子标签自校正的移动平台定位系统的系统框图；
图2是自校正定位算法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1-2，基于电子标签自校正的移动平台定位系统，包括提供稳定电源的电源管理模块2，进行集中处理的微控器1，进行状态显示和界面操作的人机界面模块3，进行自由移动的行走驱动模块4，进行障碍物检测的障碍物检测模块5，所述的行走驱动模块4控制左驱动电机和右驱动电机的旋转方向和旋转速度，所述的左驱动电机上安装左编码器，所述的右驱动电机上安装右编码器，所述的左编码器和右编码器组成双编码器定位模块6，进行所述的移动平台的方位测量的电子陀螺仪7，以及执行特定任务的任务执行模块9。
所述的电源管理模块2为系统提供电压稳定的电源，还负责进行充电管理，即实时检测电池电压，如果电压不足立即进行回归充电；充电过程中，所述的电源管理模块2进行充电控制，负责控制充电电流和判断充电结束。
所述的人机界面模块3与所述的微控器1连接，进行状态显示和用户指令的输入，以及各种信息的显示，包括液晶显示屏、LED灯、蜂鸣器、喇叭、按键或者触摸屏。
所述的行走驱动模块4与所述的微控器1连接，用于控制左驱动电机和右驱动电机的旋转方向和旋转速度。所述的左驱动电机和右驱动电机带动两个驱动轮旋转，从而驱动所述的移动平台以任意轨迹移动。所述的左驱动电机上安装左编码器，所述的右驱动电机上安装右编码器。
所述的障碍物检测模块5负责检测工作环境的障碍物情况，用于所述的移动平台的路径规划和避障。所述的障碍物检测模块5与所述的微控器1连接，由所述的微控器1进行控制。可采用超声波传感器组成超声波障碍物检测装置，也可采用红外测距传感器组成红外障碍物检测装置，或者采用两种传感器进行组合。
所述的双编码器定位模块6与所述的微控器1连接。所述的双编码器定位模块6采集所述的左编码器和右编码器的输出信号，不断累计左驱动电机和右驱动电机的旋转圈数，从而计算所述的移动平台的行走距离和旋转角度。但是这种方式会不断累计舍入误差，并且当所述的移动平台的驱动轮发生打滑的时候定位误差会迅速恶化，导致严重的定位错误。为了弥补这种缺陷，还包括与所述的微控器1连接的电子陀螺仪7。所述的电子陀螺仪7累计计算平台的旋转角度，可在一定程度上校正所述的双编码器定位模块6的累计误差。
所述的任务执行模块9与所述的微控器1连接，用于实现所述的移动平台的具体任务。
还包括设置在工作环境中的电子标签，所述的电子标签设置位置数据，即表示位置的x坐标、y坐标。也可以所述的电子标签设置唯一的识别代码，而将位置数据存放在所述的微控器1内部，并与所述的识别代码对应起来。所述的电子标签设置至少两个，而所述的电子标签越多，定位数据校正的频率就越高，效果也越好，但是也增加的成本，因此需要根据是实际应用决定采用电子标签的数量。
还设置进行电子标签识别的电子标签识别模块8，所述的电子标签识别模块8与所述的微控器1连接，所述的微控器1设置自校正定位算法，所述的自校正定位算法包括以下步骤：
（1）、所述的移动平台在行走过程中，通过所述的电子陀螺仪7计算自身的方位θ，所述的双编码器定位模块6计算自身的位置（x，y）；
（2）、当所述的移动平台通过所述的电子标签识别模块8识别到所述的电子标签，并读取了所述的电子标签的位置数据，得到所述的电子标签的位置（x’，y’）；
（3）、计算所述的移动平台的角度偏转θ=arctan(y’/x’ )-arctan(y/x)，然后进行方位校正θ=θ+θ=θ+ arctan(y’/x’ )-arctan(y/x)；
（4）、进行位置校正x=x’，y=y’，返回步骤（1）。
在步骤（3）中，利用所述的电子标签提供的位置数据（x’，y’）和所述的双编码器定位模块6计算的位置数据（x，y）与坐标原点组成的三角形，计算坐标系的偏转角度，并用这个偏转角度来校正所述的移动平台的方位θ。
通过所述的自校正定位算法的循环执行，就可以不定期地对所述的移动平台的定位数据进行校正，从而提高定位精度。
Claims (2)
1.基于电子标签自校正的移动平台定位系统，包括提供稳定电源的电源管理模块，进行集中处理的微控器，进行状态显示和界面操作的人机界面模块，进行自由移动的行走驱动模块，进行障碍物检测的障碍物检测模块，所述的行走驱动模块控制左驱动电机和右驱动电机的旋转方向和旋转速度，所述的左驱动电机上安装左编码器，所述的右驱动电机上安装右编码器，所述的左编码器和右编码器组成双编码器定位模块，进行所述的移动平台的方位测量的电子陀螺仪，执行特定任务的任务执行模块，所述的人机界面模块、行走驱动模块、障碍物检测模块、双编码器定位模块、电子陀螺仪和任务执行模块与所述的微控器连接，其特征在于：还包括设置在工作环境中的电子标签，所述的电子标签设置至少两个，所述的电子标签设置位置数据；进行电子标签识别的电子标签识别模块，所述的电子标签识别模块与所述的微控器连接，所述的微控器设置自校正定位算法，所述的自校正定位算法包括以下步骤：
（1）、所述的移动平台在行走过程中，通过所述的电子陀螺仪计算自身的方位θ，所述的双编码器定位模块计算自身的位置(x，y)；
（2）、当所述的移动平台通过所述的电子标签识别模块识别到所述的电子标签，并读取了所述的电子标签的位置数据，得到所述的电子标签的位置(x’，y’)；
（3）、计算所述的移动平台的角度偏转∆θ=arctan(y’/x’ )-arctan(y/x)，然后进行方位校正θ=θ+∆θ=θ+
arctan(y’/x’ )-arctan(y/x)；
（4）、进行位置校正x=x’，y=y’，返回步骤（1）。
2.如权利要求1所述的基于电子标签自校正的移动平台定位系统，其特征在于：所述的电子标签设置唯一的识别代码，所述的微控器设置与所述的识别代码对应的位置数据。
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