[发明专利]一种基于MPU6050的平面分区间定位装置的定位方法

说明书

本发明公开了一种基于MPU6050的高精度平面分区间定位装置的定位方法，该方法包括以下内容：搭建特定的定位装置，其中包括有悬挂传动装置、碳素管、传感器MPU6050等部件，并搭建其数学模型。得出数学模型后，将定位平面分为4个区间以解决定位死角问题。通过传感器MPU6050获取角速度与加速度信息并运用已知的四元数算法解算出横滚角与偏航角。得出角度值后，判定定位点所在区间，再通过归一化算法将定位点的倾角值归一化到区间一中。最后通过前面数学建模得出的解算公式算出当前定位点所处位置的极坐标值，完成一次定位。该装置可作为过程控制中平面定位的反馈环节，也可作为一种新的手写输入工具。

技术领域

本发明属于过程控制平面定位领域，尤其涉及一种基于MPU6050的平面分区间定位装置的定位方法。

背景技术

随着现代自动化科技的发展，传统工业正逐步向自动化工业转型，其生产水平正不断提高，平面定位技术已经成为工业产品生产与开发过程中的一个举足轻重的关键技术，其广泛应用于工业生产的过程控制中，其中包括机床定位、计算机硬盘定位系统、纺织业、自动焊锡等。平面定位还可以作为很多数码设备的控制端，包括遥控器，鼠标等。

目前，国内在平面定位技术的研究上还存在许多不足，包括定位系统的体积过大、结构过于复杂、价格过于昂贵等问题，这使得平面定位装置的推广受到了极大的限制。而使用MPU6050作为状态传感器所搭建的平面定位装置能够提供精确的定位信息，具有结构简单、价格便宜、定位精确及开发推广等优势，能够将其作为大部分平面控制系统的一个闭环反馈环节，比如机器手。另一方面，作为数码设置的控制输入端，该平面定位装置也可以设计为一种新的电子手写输入工具。

发明内容

本发明使用MPU6050三轴加速度陀螺仪作为姿态传感器，利用卡尔曼滤波处理采集的数据，在特定的装置上，通过建立空间几何模型并对模型进行几何运算以及区间划分，设计一种高精度的平面定位装置。

本发明所采取的技术方案如下：

(1)搭建机械结构。如图1所示，该平面定位装置采用万向节将一根硬质碳素管与悬挂固定点连接在一起。在碳素管上任意位置安装一个MPU6050传感器，传感器平面与定位平面保持平行。在碳素管末端安装低功率红点激光笔，其投射点作为定位点的标识，投射点投射于定位平面上，通过摆动碳素管可移动定位点到定位平面的特定位置，MPU6050将采集的位置数据通过IIC协议传输到STM32系统中进行定位处理，并将定位信息传输到上位机进行显示。

(2)搭建系统的数学模型，初步设计平面定位算法。该系统模型如图2所示，其中∠OAB与∠OAC为MPU6050输入量经四元数解算后的姿态角。直线AO为固定值(实际悬挂点到地面的高度)。则在△AOB中，有OB＝AO×tan(∠OAB)，在三角形AOC中，有OC＝AO×tan(∠OAC)，由于OB＝CD，故有则可得出∠DOC＝arctan(DC/OC)，由此便得出点D的极坐标(OD,∠DOC)。