[发明专利]一种移动机器人用定位装置及定位方法

权利要求书

1.一种移动机器人用定位装置，包括支架(1)，其特征在于，所述支架(1)上设有至少两个全向轮(2)，相邻两个所述全向轮(2)旋转轴之间的夹角为大于0°同时小于180°，每个全向轮(2)相对所述支架(1)可沿竖直方向滑动；所述定位装置还包括能够采集每个所述全向轮(2)线速度的线速度采集装置，能够采集所述支架(1)旋转角度的角速度采集装置，以及处理系统(9)，所述线速度采集装置的数据输出接口、角速度采集装置的数据输出接口分别与所述处理系统(9)通讯连接。

2.根据权利要求1所述的一种移动机器人用定位装置，其特征在于，所述支架(1)上设有两个大小相同、相互垂直的全向轮(2)。

3.根据权利要求2所述一种移动机器人用定位装置，其特征在于，所述支架(1)上设有顶盖(5)，每个所述全向轮(2)装于轮架(3)上，每个所述轮架(3)与所述顶盖(5)之间还设有伸缩部件(4)，所述伸缩部件(4)包括竖直连接在所述顶盖(5)、所述轮架(3)之间的减震轴(41)，所述减震轴(41)外套设有减震弹簧(42)。

4.根据权利要求3所述一种移动机器人用定位装置，其特征在于，每个所述轮架(3)上设有至少一个沿竖直方向的滑块(32)，所述支架(1)上对应设有与所述滑块(32)适配的滑槽(14)。

5.根据权利要求4所述一种移动机器人用定位装置，其特征在于，所述支架(1)包括中间板(12)以及垂直连接在所述中间板(12)端部的侧板一(11)和侧板二(13)，形成Z字形状，两个所述全向轮(2)分别位于所述中间板(12)两侧。

6.根据权利要求5所述一种移动机器人用定位装置，其特征在于，所述滑槽(14)包括四个，其中两个滑槽(14)分别设在所述中间板(12)两侧，另外两个滑槽(14)分别设在所述侧板一(11)、侧板二(13)上，每个所述全向轮(2)的轮架(3)上对应位置设有两个滑块(32)与对应所述滑槽(14)适配。

7.根据权利要求2-6任一所述一种移动机器人用定位装置，其特征在于，所述线速度采集装置为分别设于每个所述全向轮(2)轮轴上的增量式编码器(8)，所述角速度采集装置为陀螺仪(95)。

8.根据权利要求7所述一种移动机器人用定位装置，其特征在于，所述支架(1)底部还设有底盖(6)，所述底盖(6)相应位置设有能够穿过两个所述全向轮(2)(2)的开槽(62)，所述支架(1)、顶盖(5)、底盖(6)之间还设有封板(7)，能够将所述全向轮(2)、轮架(3)、伸缩部件(4)、线速度采集装置封装；所述处理系统(9)设于所述顶盖(5)表面，包括底板(93)、处理器平台(92)和上壳(91)，所述上壳(91)设有所述处理器平台(92)的数据传输接口(96)。

9.一种移动机器人用定位装置的定位方法，使用如权利要求2所述的移动机器人用定位装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将所述定位装置固设于移动机器人底盘下方，调整所述定位装置的两个全向轮(2)与移动机器人其他车轮为同一水平面；

步骤二、测量两个全向轮(2)分别相对于移动机器人车体中心的垂直距离l₁、l₂；

步骤三、移动机器人运动，所述线速度采集装置同时采集两个全向轮(2)的参数，分别获得单位时间内每个全向轮(2)的线速度V₁、V₂，所述角速度采集装置采集所述定位装置的参数，获得单位时间内所述定位装置的相对地面旋转角度的增量                                               ；

步骤四、将所述线速度采集装置和角速度采集装置所采集的参数传输至所述处理系统(9)，所述处理系统(9)输出移动机器人的当前位置参数，包括位于世界坐标系XOY的平面坐标x、y和旋转角度θ。

10.根据权利要求9所述一种移动机器人用定位装置的定位方法，其特征在于，所述移动机器人的位于世界坐标系XOY的当前位置坐标值x、y、θ根据以下步骤得到：

步骤a、在水平面车体坐标系IOJ中，其中以车体中心为中心点O、OA方向位于移动机器人进行方向、OJ方向为移动机器人行进的垂直方向，通过所述线速度采集装置获得单位时间内每个全向轮(2)的线速度V₁、V₂，和所述角速度采集装置获得的单位时间内所述定位装置的相对地面旋转角度的增量，以及结合两个全向轮(2)分别相对于移动机器人车体中心的垂直距离l₁、l₂，得到移动机器人在车体坐标系IOJ中沿I方向和J方向的瞬时速度V_i，V_j如下:

                                                          

步骤b、将步骤a中的公式进行积分，得到移动机器人在车体坐标系IOJ中单位时间内定位装置在车体坐标系IOJ中的移动距离di、dj如下：

    

步骤c、通过世界坐标系XOY和车体坐标系IOJ中的换算，结合所述步骤a、步骤b的公式，得到所述移动机器人的位于世界坐标系XOY的当前位置坐标值x、y、θ如下：

    ，

其中上述公式中的各个参数表示的含义如下：

V₁、V₂：分别为根据所述线速度采集装置采集的信息获得的两个全向轮(2)的瞬时线速度；

V_i，V_j：分别为所述定位装置在车体坐标系IOJ中沿I方向和J方向的瞬时速度；

、分别为根据所述线速度采集装置测得的在单位时间内两个全向轮(2)旋转轨迹的增量；

为所述角速度采集装置测得的定位装置在单位时间内相对地面转动角度的增量；

l₁、l₂分别为两个全向轮(2)与移动机器人车体中心的垂直距离；

di、dj分别为单位时间内定位装置在车体坐标系IOJ中的移动距离。