[发明专利]一种环形传感阵列的定位系统和方法

说明书

所属技术领域

本发明属于定位技术领域，具体地涉及移动机器人和AGV等的定位技术领域。

背景技术

自主移动机器人和，自动引导小车的应用越来越普遍，定位导航是确保其更加移动自如工作的关键，目前，国内外研究和应用比较多的定位导航方式有以下几种：

第一种是以磁条方式导航，利用一排或多排磁传感器检测磁条的相对位置从而控制机器人或者小车始终跟着磁条移动。优点是成本低，设计简单，不足是机器人或者小车只能跟着磁条运动，且无法依赖磁传感器准确的获取当前位置。

第二种是基于超宽带定位；基于超宽带定位技术具有较高的定位精度,主要由接收器、参考标签和主动标签构成。定时接收机接收标签发射的信号,并过滤掉各种噪声,最后通过TDOA延时测距进行定位。基于超宽带定位技术具有发射功率低、穿透力强、无载波等优点,但是它造价太高,以及可能受到电磁干扰影响可靠性等原因，无法适宜大规模应用。

第三种是基于惯性传感器的室内定位，它利用陀螺仪和加速度计通过对加速度的三次积分得到机器人的坐标角度，由于纯在误差累积的问题，无法保证长时间的准确定位。

第四种是激光雷达定位，激光雷达能够很好的进行室内定位，但是造价昂贵。第五种是摄像头定位，摄像头进行室内地位算法复杂，可靠性低，比较难以成熟的运用，成本相对还是较高。

如果能够开发出一种能够精确的获取位置和姿态，不产生误差累计，设计简单，成本低，可靠性高的定位导航传感系统和对应的定位导航方法，将是十分有意义的。

发明内容

本发明的目的是避免上述技术所存在的不足之处，提供一种实现成本低、定位准确度高的定位导航系统和方法，该定位系统由环形传感阵列模块，传感器信号采集模块，处理电路模块。将该定位系统放置于有网格的平面上，通过检测环形传感阵列模块与线相交的信号，并利用本发明所述的定位方法，移动时，该定位系统就能得到自身相对于网格的位移和旋转的角度，从而得到定位系统的精确位置。

本发明的原理如下：如图1所示，当定位系统移动时，围绕环形传感阵列模块一周的传感器便会检测网格线是否在其下面，如果环形传感阵列模块与网格线相交，则检测到网格线的对应传感器会改变。而这种改变与定位板的位移及角度变化具有某种对应关系，同时还和定位板与网格的相对位置有关，从而通过建立数学模型，我们便能找到这种对应关系，进而可以求出定位板的位置姿态。

本发明的环形传感阵列的定位系统包括：环形传感阵列模块，传感器信号采集模块，处理电路模块。环形传感阵列模块的传感器阵列呈环形排列，可以为一环或多环，环的形状可以是圆形或者椭圆形或者其他形状的封闭环形。将该定位系统放置于有网格的平面上，通过检测环形传感阵列模块检测到网格的信号，并利用本发明所述的定位方法，移动时，该定位系统就能得到自身相对于网格的位移和旋转的角度，从而得到定位系统的精确位置。处理电路模块采集传感器数据，通过数据处理得到坐标位置和角度，并将数据通过某种通信协议传给上位机，用于定位导航。

环形传感阵列的定位系统可以在平面中三个自由度运动；分别是X方向的运动、Y方向的运动，定位板自身的旋转角θ。

环形传感阵列模块的传感器阵列呈环形排列，可以为一环或多环，环的形状可以是圆形或者椭圆形或者其他形状的封闭环形。

一般布置为单环传感器阵列圆环形布置，地面网格线为正方形网格。相邻的传感器之间的间距小于定位时参照的网格线的宽度。环形的直径大于参照的正方形网格线的边长。

上述中的定位时参照的正方形网格，在实际中，可以是现成的每块地板所组成的网格，也可以是人为的在地面上标记的网格，还可以是天花板所组成的格。

环形传感阵列的定位系统还可以包括有线或无线通讯模块，它通过有线或无线的方式进行数据的收发，它与微处理芯片相连，无线通讯模块包含Wifi无线模块、Zigbee无线模块、蓝牙无线模块、2.4G无线模块、GPRS无线模块。

如前所述的两种环形传感阵列的定位系统，它们都还可以包括应用模块，应用模块是能实现某种应用功能的装置，如机械手臂、吸尘器模块。

本发明还包括一种环形传感阵列的定位系统的定位方法，该方法包括以下步骤：

S1.根据环形传感阵列的定位系统的坐标和角度计算出环形传感阵列模块上每一个传感器的坐标和角度；将前后两个时刻的坐标做差得到环形传感阵列的定位系统的位移向量，后一个时刻坐标和角度是未知数，等待求解。

S2.建立匹配误差模型，求取位于网格线上的传感器的匹配误差及所有位于网格线上的传感器的总匹配误差；