[发明专利]轮式机器人定位系统及其定位方法

权利要求书

1.一种轮式机器人定位系统，其特征在于，包括主控模块，以及与所述主控模块连接的SLAM模块、电机驱动模块、地磁传感器、陀螺仪和测速传感器；所述SLAM模块与激光雷达连接，所述电机驱动模块与各驱动轮电机连接。

2.根据权利要求1所述的轮式机器人定位系统，其特征在于，所述测速传感器是编码器，所述编码器与驱动轮一一对应。

3.根据权利要求1或2所述的轮式机器人定位系统，其特征在于，驱动轮有两个，分别是左驱动轮和右驱动轮；所述定位系统还包括前万向轮和后万向轮。

4.根据权利要求1至3任一所述的轮式机器人定位系统，其特征在于，所述主控模块的主体是以ARM架构的STM32F103VET6芯片；所述主控模块还包括电源转化电路、复位电路、时钟电路、去耦电路电源指示灯电路和蜂鸣器电路；所述蜂鸣器电路提示所述定位系统工作的相关进度。

5.根据权利要求1至4任一所述的轮式机器人定位系统，其特征在于，所述主控模块、SLAM模块、电机驱动模块、激光雷达、陀螺仪和地磁传感器固定在轮式机器人的移动小车车体上。

6.一种轮式机器人定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，激光雷达扫描一个360度的二维平面地图数据并传送给SLAM模块，所述SLAM模块对该二维平面地图数据处理并提取地图中的特征点、判断机器人在环境中的位置；同时，陀螺仪采集轮式机器人与水平面的夹角信息、地磁传感器采集轮式机器人在水平面内的方向信息，并分别传送给所述SLAM模块，所述SLAM模块经过数据融合算法得到角度数据从而确定机器人的航向角；

S2，所述SLAM模块根据航向角将机器人应该向X轴向和Y轴向移动的速度量，及机器人转向时的角速度量传输给主控模块；所述主控模块根据所述SLAM模块传输来的速度量、以及各编码器、所述地磁传感器、所述陀螺仪适时采集的信息，发送电机控制信号给电机驱动模块，所述电机驱动模块驱动各驱动轮电机进行正转或反转或调速，实现机器人的前进或后退或左转前进或右转前进或左转后退或右转后退或速度调节或停止的基本运动动作。

7.根据权利要求6所述的轮式机器人定位方法，其特征在于，上述S1中，所述SLAM模块将所述激光雷达扫描的二维平面地图这样的局部地图数据进行SLAM算法处理，并构建出增量式全局地图，同时确定机器人系统自身的位置；然后，所述SLAM模块通过以太网进行信号传输，将增量式全局地图和机器人系统自身位置及机器人的航向角显示在上位机上。

8.根据权利要求6或7所述的轮式机器人定位方法，其特征在于，上述S2中，所述陀螺仪采集车轮与水平地面的夹角；当车轮因地面凹陷或凸起偏离水平位置时，所述陀螺仪采集两者之间的夹角并将数据传输到所述SLAM模块，经SLAM算法处理数据后继续传输到所述主控模块，进而由所述主控模块产生算法对轮式机器人姿态进行调整；当小车处于上坡、下坡或平路的不同路况时，所述陀螺仪采集车轮与水平地面的夹角，并将数据通过所述SLAM模块传输到所述主控模块，所述主控模块产生算法对轮式机器人的速度进行调控。

9.根据权利要求6或7所述的轮式机器人定位方法，其特征在于，上述S2中，所述各编码器分别采集各驱动轮的速度并传送给所述主控模块，所述主控模块采用PID速度控制算法精确控制机器人各驱动轮的速度。

10.根据权利要求6至9任一所述的轮式机器人定位方法，其特征在于，上述S2中，所述地磁传感器固定在轮式机器人的移动小车车体上；当移动小车需要转向时，所述地磁传感器首先记录初始的地磁传感器和地磁场方向的夹角，然后随着移动小车转向不断获取所述地磁传感器和地磁场方向之间的动态的夹角，所述适时动态的夹角与初始的夹角相减，得到移动小车转过的角度；所述主控模块产生控制机器人速度的PWM波，再通过PID方向控制算法，保证机器人以目标方向移动。