[发明专利]利用光电鼠标传感实现的二维运动定位装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于移动设备的定位装置和方法，尤其涉及利用光电鼠标传感实现的二维运动定位装置及方法。

背景技术

目前越来越多的包括机器人在内的移动设备被广泛应用到生产和日常生活中，移动设备的定位是实现自主导航和运动控制的基础和关键，迫切需要精确高、成本低、稳定性好、使用方便的运动定位装置。根据检测原理的差异，现有比较成熟的定位技术主要包括：基于卫星信号的GPS定位技术、基于光电编码器的航迹推算方法和基于机器视觉的测量方法。但上述技术用于移动设备的定位均存在特定的局限性。

首先，基于卫星信号的GPS定位方法已广泛用于包括手机在内的移动设备定位。该定位技术无法用于室内环境或者室外对卫星信号接收不好的区域。此外，即使接收信号良好，这种定位方法可达的精度（例如50cm左右）也难以满足小型高精确度移动设备定位的需要。

其次，基于光电编码器的航迹推算方法限于轮式机器人及借助轮驱动的移动设备定位，基本思想是利用嵌入驱动轮内的编码器记录轮子的角位移，进而转换成轮子移动产生的相对线位移，并利用航迹推算实现定位。这种技术算法成熟，实现简单。但轮子的打滑等产生的定位误差在航迹推算中会不断累积，性能会随之恶化。

此外，基于机器视觉的测量方法，借助目标在图像中的位置估算目标实际场景中的位置，实现兴趣目标的定位。这种方法受光照条件的影响，性能的稳定性差。同时出于隐私的考虑，其适用场合受到一定限制。

上述局限性极大地制约了现有定位方法在移动设备定位中的应用。换言之，移动设备定位迫切需要一种普适的、性能稳定的、低成本、可用性好的定位装置和方法，这正是本发明的动机和目的。

发明内容

基于现有技术的不足，本发明提供一种新的定位装置及方法，尤其是一种利用光电鼠标传感实现的二维运动定位装置及方法，本发明的一个方面，涉及一种利用光电鼠标传感实现的二维运动定位装置，包括：传感模块和信息处理模块，其特征在于，还包括光电鼠标传感模块，所述光电鼠标传感模块包括至少三个光电鼠标传感单元。

进一步地，所述信息处理模块包括单片机、蓝牙串口和上位机，蓝牙串口模块用于单片机和上位机之间的通讯。

进一步地，所述光电鼠标传感单元为三个，所述三个光电鼠标传感单元由高到低处于不同水平高度。

更进一步地，所述光电鼠标传感单元等距离设置。

优选地，所述距离为5mm。

特别地，所述定位装置设置成使其指定平面与移动表面平行且间隔开一定距离。

优选地，所述间隔开的距离为40-55mm之间。

进一步地，所述光电鼠标传感单元包括芯片、透镜系统和高强度光源。

特别地，通过布设移动表面色彩有明显差异的标签，以消除累计误差。

本发明的另一方面，涉及利用光电鼠标传感实现的二维定位装置的定位方法，其步骤如下：

a.定位装置安装及调节

（1）将定位装置安置于移动设备上，定位装置表面与移动表面平行，并相隔移动表面一定距离H_initial；

（2）建立上位机与定位装置间的连接；

（3）调节传感单元的透镜系统，使得传感单元SQUAL寄存器的值S_{squal_i}(i=1,2,3)分别达到最大,并记录此时透镜系统像距h；

b.标定传感单元动态高度及对二维运动进行定位

（1）根据测量表面选择单片机控制器数据库中的装置高度标定公式参数，不同表面对应不同参数(c_i,d_i,e_i,f_i)；

（2）定位装置高度标定按如下公式计算：

（3）通过定位装置移动中传感单元SQUAL寄存器的值S_{squal_i}(i=1,2,3)的变化确定H_i的变化状态（判断大于或小于H_initial）；

（4）通过每个光电鼠标传感单元中寄存器Delta_X(Y)的值以及由式(1)中标定的高度H_i计算装置在平面上X(Y)方向上的位移距离D_x(y).i(i=1,2,3)：

（5）通过利用加权矩阵W对每个传感单元由式(2)得到的X(Y)方向上的位移进行加权计算，得到更为精确的二维位移输出，具体为：

D_x(y)＝WD(3)