[发明专利]一种移动机器人定位装置、方法及系统

权利要求书

1.一种移动机器人定位方法，其特征在于，所述方法用于移动机器人定位装置，

所述移动机器人定位装置包括：测站定位棱镜、后视定位棱镜、全站仪、前视定位棱镜、惯性测量单元和移动机器人，所述测站定位棱镜设置在世界坐标系原点位置，所述测站定位棱镜用于确定全站仪坐标系和世界坐标系的坐标转换关系，首先使用全站仪依次扫描测量后视定位棱镜和测站定位棱镜，获得测站定位棱镜的位置，通过简单的坐标变换得出全站仪在世界坐标系下的位置，确定全站仪坐标系和世界坐标系下的坐标转换矩阵R，在确定了坐标转换矩阵R之后，再扫描测量一次后视定位棱镜；所述后视定位棱镜和所述全站仪固定设置在同一水平面上，所述后视定位棱镜用于确定全站仪坐标系，所述全站仪用于扫描测量所述前视定位棱镜的位置，所述惯性测量单元和所述前视定位棱镜固定设置在所述移动机器人的中心；所述前视定位棱镜和所述惯性测量单元设置在同一水平面，但在不同垂直距离上；所述全站仪依次进行扫描测量固定的后视定位棱镜和随移动机器人运动的前视定位棱镜；

所述方法包括：

固定全站仪在世界坐标系的位置，配合测站定位棱镜，确定全站仪坐标系和世界坐标系的坐标转换关系；

固定后视棱镜在世界坐标系的位置，辅助全站仪建立全站仪坐标系；

采用全站仪测量，确定前视定位棱镜在全站仪坐标系下的位置；

根据所述坐标转换关系和所述前视定位棱镜在全站仪坐标系下的位置，确定前视定位棱镜在世界坐标系下的位置；

通过惯性测量单元，测量移动机器人的偏航角；

根据所述移动机器人的偏航角和所述前视定位棱镜在世界坐标系下的位置，确定移动机器人位姿信息。

2.一种移动机器人定位系统，其特征在于，包括：

坐标转换关系确定模块，用于固定全站仪在世界坐标系的位置，配合测站定位棱镜，确定全站仪坐标系和世界坐标系的坐标转换关系，首先使用全站仪依次扫描测量后视定位棱镜和测站定位棱镜，获得测站定位棱镜的位置，通过简单的坐标变换即可得出全站仪在世界坐标系下的位置，从而确定全站仪坐标系和世界坐标系下的坐标转换矩阵R，在确定了坐标转换矩阵R之后，再扫描测量一次后视定位棱镜；

坐标转换关系建立模块，用于固定后视棱镜在世界坐标系的位置，辅助全站仪建立全站仪坐标系；

前视定位棱镜在全站仪坐标系下的位置确定模块，用于采用全站仪测量，确定前视定位棱镜在全站仪坐标系下的位置；

前视定位棱镜在世界坐标系下的位置确定模块，用于根据所述坐标转换关系和所述前视定位棱镜在全站仪坐标系下的位置，确定前视定位棱镜在世界坐标系下的位置；

偏航角确定模块，用于通过惯性测量单元，测量移动机器人的偏航角；

移动机器人位姿信息确定模块，用于根据所述移动机器人的偏航角和所述前视定位棱镜在世界坐标系下的位置，确定移动机器人位姿信息；所述前视定位棱镜和所述惯性测量单元设置在同一水平面，但在不同垂直距离上；所述全站仪依次进行扫描测量固定的后视定位棱镜和随移动机器人运动的前视定位棱镜。

3.根据权利要求2所述的移动机器人定位系统，其特征在于，所述前视定位棱镜在全站仪坐标系下的位置确定模块具体包括：

获取单元，用于获取全站仪到前视定位棱镜的距离、全站仪测量得到的俯仰角和全站仪测量得到的水平角；

位置确定单元，用于根据所述全站仪到前视定位棱镜的距离、所述全站仪测量得到的俯仰角和所述全站仪测量得到的水平角采用公式和确定前视定位棱镜在全站仪坐标系下的位置；

其中，l是全站仪到前视定位棱镜的距离，是全站仪测量得到的俯仰角，α是全站仪测量得到的水平角，x是前视定位棱镜在全站仪坐标系下的横坐标；y是前视定位棱镜在全站仪坐标系下的纵坐标。

4.根据权利要求3所述的移动机器人定位系统，其特征在于，所述偏航角确定模块具体包括：

偏航角角加速度获取单元，用于获取惯性测量单元的偏航角角加速度；

偏航角确定单元，用于对所述偏航角角加速度进行二次积分，得到移动机器人偏航角。