[发明专利]一种移动机器人的位姿传感系统及其方法

权利要求书

1、一种移动机器人的位姿传感系统，由光电传感器、传感器弹压机构、控制处理电路三部分组成，至少安装两个光电传感器，其中一个安装在机器人的中心点，另一个安装在机器人自身坐标系的X轴正方向上，光电传感器通过图像处理探测到机器人的相对位移和旋转角度，光电传感器的内部电路再将相对位移转换成数字信号送给控制处理电路；传感器弹压机构保证光电传感器与地面保持合适的距离；控制处理电路包括一块单片机和通讯驱动芯片，主程序、初始化子程序、位姿估计处理子程序和通信子程序固化在单片机中，单片机对光电传感器的内部电路送来的数字信息进行滤波、融合以及位姿估计处理以及与上位机的通讯。

2、根据权利要求1所述的移动机器人的位姿传感系统，其特征在于，光电传感器基于反射式工作，通过内部发光二极管发出的光线照射到地面上，然后通过光学透镜将图像传输到光电传感器内部，再由其中的图像分析芯片对移动过程中得到一系列图像进行分析处理，从而得到相对移动的距离和方向，其内部电路再将相对位移转换成数字信号送给控制处理电路。

3、根据权利要求1或2所述的移动机器人的位姿传感系统，其特征在于，两个光电传感器安装在一条直线上。

4、根据权利要求1所述的移动机器人的位姿传感系统，其特征在于，传感器弹压机构(5)通过定位螺杆(1)，定位螺母(2)，定位弹簧(6)固定在机器人底部，其中将一根定位螺杆(1)安装在机器人的运动中心，一根安装在机器人的运动正方向，根据实际情况调节定位螺母(2)来实现定位螺杆(1)长度的调节，保证光电传感器基本与地面平行并且在有效的距离以内，定位弹簧(6)主要作用是保证传感器弹压机构(5)稳定，另外，当机器人越过障碍时又可以使传感器弹压机构(5)弹回到原来的位置，万向球(8)安装在传感器弹压机构的两端，能够使光电传感器和地面保持一定的距离，当地面有小的障碍物时，也可以使传感器弹压机构(5)弹起，从而保护传感器弹压机构(5)，当调节好传感器弹压机构(5)后，光电传感器(7)内的发光二极管照射到地面上，机器人运动时采集图像至光电传感器中的图像分析芯片中进行处理，然后计算出移动的距离和方向，直接传给单片机进行位姿估计处理，处理完毕后则通过通信口传给上位机。

5、根据权利要求1所述的移动机器人的位姿传感系统，其特征在于，所述控制处理电路包括单片机(12)、通信驱动芯片(13)和通信端口(14)，光电传感器(7)、单片机(12)、通信驱动芯片(13)和通信端口(14)顺序连接。

6、根据权利要求5所述的移动机器人的位姿传感系统，其特征在于，单片机(12)集成有FLASH，RAM，EEPROM，内置的在线仿真ICE在目标板上仿真，下载程序。

7.一种移动机器人的位姿传感系统的方法，其步骤如下：1、系统上电后，首先向上位机发出请求，要求上位机给出初始参数，上位机接到请求则发出初始化命令，完成系统初始化工作，上电时初始化各项值均为默认值，任意时刻上位机发出修改参数的命令都可以改变设置值，初始化工作主要包括对光电传感器(7)和通信端口初始化，以及机器人初始位姿的确定与位姿估计的周期参数；然后判断初始化是否成功，如果没有成功则返回初始化程序重新初始化；2、初始化成功后，采集光电传感器信息，并进行信息滤波、融合工作，开始接收光电传感器的输出值，再根据公式进行位姿估计，误差补偿也包含在位姿估计处理子程序中；3、当位姿估计计算完成后则通过通信端口把位姿估计值发送给上位机；最后接收上位机命令信息判断是否结束工作，如果收到结束命令，则程序结束，否则返回到步骤2开始进行下一次位姿估计，一直循环工作，不停地接收光电传感器信号，不停地进行位姿估计计算，不停地给上位机发送实时位姿信息，从而实现机器人位姿信息的实时更新。