一种基于多传感器数据融合的定位系统及定位方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110231027A(43)申请公布日2019.09.13(21)申请号201910419521.3(22)申请日2019.05.20(71)申请人西安交通大学地址710049陕西省西安市咸宁西路28号(72)发明人郑子杰曾泓泰刘子拓闫玥凝张明璨王合胜邢飞凡张仁杰(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200代理人李红霖(51)Int.Cl.G01C21/14(2006.01)G01C25/00(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称一种基于多传感器数据融合的定位系统及定位方法(57)摘要本发明公开了一种基于多传感器数据融合的定位系统及定位方法，通过在码盘架上固定编码器和全向轮，全向轮的主转动轴与编码器转轴连接，固定支架上固定有三个码盘架，三个码盘架上的三个编码器转轴轴线所在竖直平面之间的夹角均为120°，三个全向轮同时接触运动地面；采用三码盘全场定位系统，当移动机器人运动时，三个全向轮被动旋转，能够准确获取机器人运动全方位移动数据，从而减小因陀螺仪的角度漂移而导致定位不准的影响，通过三个码盘坐标的更新公式获取待定位机器人在三个自由度的变化情况，实现相对定位，提高了机器人在高速行驶以及不同场地条件的状态下定位系统的精度，保证其在实际运行中对突发事件或地况均具有较为精准的定位数据。CN110231027ACN110231027A权利要求书1/2页1.一种基于多传感器数据融合的定位系统，其特征在于，包括固定支架(1)和码盘架(2)，码盘架(2)上固定有编码器(3)和全向轮(4)，全向轮(4)的主转动轴与编码器(3)转轴连接，固定支架(1)上固定有三个码盘架(2)，三个码盘架(2)上的三个编码器(3)转轴轴线所在竖直平面之间的夹角均为120°，三个全向轮同时接触运动地面；三个编码器(3)均连接于用于采集编码器转动数据的控制器。2.根据权利要求1所述一种基于多传感器数据融合的定位系统，其特征在于，固定支架(1)上设有滑动架(5)，滑动架(5)上设有滑动槽，码盘架(2)上固定有能够相对滑动架(5)滑动的滑块(6)，滑动架(5)下端设有限位块。3.根据权利要求2所述一种基于多传感器数据融合的定位系统，其特征在于，码盘架(2)上端与滑动架(5)之间设有弹簧(7)。4.根据权利要求1所述一种基于多传感器数据融合的定位系统，其特征在于，码盘架(2)下端设有安装孔，全向轮(4)包括两个半全向轮(8)，两个半全向轮(8)通过轮毂(9)连接，轮毂(9)中间设有安装通孔，轮毂(9)通过联接轴(10)安装在码盘架(2)下端的安装孔内，联接轴(10)一端与编码器(3)的转轴连接。5.根据权利要求4所述一种基于多传感器数据融合的定位系统，其特征在于，联接轴(10)与码盘架(2)之间设有轴承(11)。6.根据权利要求4所述一种基于多传感器数据融合的定位系统，其特征在于，码盘架(2)的安装孔侧面设有限位片(12)。7.一种基于权利要求1所述定位系统的一种基于多传感器数据融合的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)、将定位系统装配到待定位机器人后，对定位系统进行标定；步骤2)、对标定后的定位系统中三个编码器分别进行坐标更新，三个码盘坐标的更新公式为：其中h,l,p分别为第一编码器、第二编码器和第三编码器的行走距离，分别为第一编码器转轴、第二编码器转轴和第三编码器转轴与待定位机器人x轴的夹角，定义待定位机器人正方向为x轴，垂直于待定位机器人正方向为y轴，k为定位时刻，简化公式如下等式：矩阵形式即为：2CN110231027A权利要求书2/2页故求矩阵逆可得其中Δxk为待定位机器人k时刻沿x轴的位移量，Δyk为待定位机器人k时刻沿y轴的位移量，Δθk为待定位机器人k时刻转动角变化量，即可得到待定位机器人位置以及位姿三个自由度相对上一时刻的相对定位。8.根据权利要求7所述的一种基于多传感器数据融合的定位方法，其特征在于，对装配到待定位机器人的定位系统进行标定，为应标定三个编码器分别与待定位机器人x轴的夹角转化为数字信号对应的转换系数。9.根据权利要求8所述的一种基于多传感器数据融合的定位方法，其特征在于，具体采用多次标定的方法，使用开环方式使得待定位机器人做特定直线运动，记录编码器反馈数据，根据已知相对运动与编码器反馈参数对比，利用如下等式求取第j个编码器的标定系数Cj：其中L为标定行驶距离，θi为标定第i个行走角度时待定位机器人行走方向与待定位机器人x轴的夹角，为第j个编码器转轴与待定位机器人x轴的夹角，Δeij为码盘步进步数；第i个行走角度即第i次标定，εij为标定误差，将标定得到的θi,Δeij数据通过MATLAB计算，令标定的误差平方和最小，