自主移动机器人的一个基本功能是可以自我确定自身在环境中的位置定位。这就使得无论是在结构化或非结构化环境中,机器人都可以确定自身与周围环境的位置关系,得以根据任务作出正确决策和路径选择。因此定位技术对机器人实现自主功能是必不可少的。

 

目前,应用于机器人的定位方法有很多,如借助里程计、方向计等内部传感器定位;借助超声、激光测距仪等主动传感器定位;以及通过摄像机等视觉传感器实现定位等。在结构化环境中,一般是在环境中预先建立电磁,可视路标或特殊地貌等已知信标。机器人通过检测信标的位置关系来确定自身位置,而与具体的外部环境无关。

 

激光全局定位传感器原理

传感系统由旋转机构、反射镜、激光器、光电接收和数据采集与传输等部分组成。工作时,激光经旋转镜面机构向外发射,当扫描到由后向反射器构成的合作路标时,反射光经光电接收器件处理作为检测信号,启动数据采集程序读取旋转机构的码盘数据(目标的测量角度值)。通过通讯传递到上位机进行数据处理,根据已知参考路标的位置和检测信息,就可以计算出传感器当前在路标坐标系下的位置和方向。

 

当传感器检测到合作路标时,反射激光束使光电转换器工作,产生接收调制脉冲信号,此信号经过滤波整形后作为捕捉信号,锁存码盘读数,同时向CPU申请中断,读取码盘计数值并计算出当前路标的方位角。滤波整形电路的另一个作用是:当由于自然光或灯光的直射而使光电转换器工作时,它可以根据信号频率的不同将其滤除而不产生中断,以提高系统的抗干扰能力。为提高角度分辨率,转角编码器的数值经倍频计数器转换为16位计数值,每度计数值为84,这样定位系统的最小角度分辨率可达到0.012°。旋转镜面机构每转一周o由传动机构发出一回零信号使计数器清零o以保证码盘计数器只记录扫描一周内的路标角度位置读数,同时告诉CPU获取数据的起点,旋转镜面机构由电机驱动,旋转可达每秒10周,以满足机器人行走时的位置采样速率。

 

单片机与上位机之间采用串行通讯。上位机为车载数据处理机,以发送命令方式控制定位传感器的启动和接收单片机传输的路标角度数据,并根据这些信息和已知路标地图,计算传感器的当前位置和方向,单片机利用回零中断通过中断方式将一周采集数据传送给上位机。