一种移动机器人用定位装置及定位方法

1.一种移动机器人用定位装置，包括支架(1)，其特征在于，所述支架(1)上设有至少两个全向轮(2)，相邻两个所述全向轮(2)旋转轴之间的夹角为大于0°同时小于180°，每个全向轮(2)相对所述支架(1)可沿竖直方向滑动；所述定位装置还包括能够采集每个所述全向轮(2)线速度的线速度采集装置，能够采集所述支架(1)旋转角度的角速度采集装置，以及处理系统(9)，所述线速度采集装置的数据输出接口、角速度采集装置的数据输出接口分别与所述处理系统(9)通讯连接；
所述支架(1)上设有两个大小相同、相互垂直的全向轮(2)，所述支架(1)上设有顶盖(5)，每个所述全向轮(2)装于轮架(3)上，每个所述轮架(3)与所述顶盖(5)之间还设有伸缩部件(4)，所述伸缩部件(4)包括竖直连接在所述顶盖(5)、所述轮架(3)之间的减震轴(41)，所述减震轴(41)外套设有减震弹簧(42)，每个所述轮架(3)上设有至少一个沿竖直方向的滑块(32)，所述支架(1)上对应设有与所述滑块(32)适配的滑槽(14)，所述支架(1)包括中间板(12)以及垂直连接在所述中间板(12)端部的侧板一(11)和侧板二(13)，形成Z字形状，其中一个全向轮(2)沿竖直方向滑动设置在所述中间板(12)和侧板一(11)上，另一个全向轮(2)沿竖直方向滑动设置在所述中间板(12)和侧板二(13)上。
2.根据权利要求1所述一种移动机器人用定位装置，其特征在于，所述滑槽(14)包括四个，其中两个滑槽(14)分别设在所述中间板(12)两侧，另外两个滑槽(14)分别设在所述侧板一(11)、侧板二(13)上，每个所述全向轮(2)的轮架(3)上对应位置设有两个滑块(32)与对应所述滑槽(14)适配。
3.根据权利要求1-2任一所述一种移动机器人用定位装置，其特征在于，所述线速度采集装置为分别设于每个所述全向轮(2)轮轴上的增量式编码器(8)，所述角速度采集装置为陀螺仪(95)。
4.根据权利要求3所述一种移动机器人用定位装置，其特征在于，所述支架(1) 底部还设有底盖(6)，所述底盖(6)相应位置设有能够穿过两个所述全向轮(2)的开槽(62)，所述支架(1)、顶盖(5)、底盖(6)之间还设有封板(7)，能够将所述全向轮(2)、轮架(3)、伸缩部件(4)、线速度采集装置封装；所述处理系统(9)设于所述顶盖(5)表面，包括底板(93)、处理器平台(92)和上壳(91)，所述上壳(91)设有所述处理器平台(92)的数据传输接口(96)。
5.一种移动机器人用定位装置的定位方法，使用如权利要求1所述的移动机器人用定位装置，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将所述定位装置固设于移动机器人底盘下方，调整所述定位装置的两个全向轮(2)与移动机器人其他车轮为同一水平面；
步骤二、测量两个全向轮(2)分别相对于移动机器人车体中心的垂直距离l1、l2；
步骤三、移动机器人运动，所述线速度采集装置同时采集两个全向轮(2)的参数，分别获得单位时间内每个全向轮(2)的线速度V1、V2，所述角速度采集装置采集所述定位装置的参数，获得单位时间内所述定位装置的相对地面旋转角度的增量ω；
步骤四、将所述线速度采集装置和角速度采集装置所采集的参数传输至所述处理系统(9)，所述处理系统(9)输出移动机器人的当前位置参数，包括位于世界坐标系XOY的平面坐标x、y和旋转角度θ。
6.根据权利要求5所述一种移动机器人用定位装置的定位方法，其特征在于，所述移动机器人的位于世界坐标系XOY的当前位置坐标值x、y、θ根据以下步骤得到：
步骤a、在水平面车体坐标系IOJ中，其中以车体中心为中心点O、OI方向位于移动机器人进行方向、OJ方向为移动机器人行进的垂直方向，通过所述线速度采集装置获得单位时间内每个全向轮(2)的线速度V1、V2，和所述角速度采集装 置获得的单位时间内所述定位装置的相对地面旋转角度的增量ω，以及结合两个全向轮(2)分别相对于移动机器人车体中心的垂直距离l1、l2，得到移动机器人在车体坐标系IOJ中沿I方向和J方向的瞬时速度Vi，Vj如下:
步骤b、将步骤a中的公式进行积分，得到移动机器人在车体坐标系IOJ中单位时间内定位装置在车体坐标系IOJ中的移动距离di、dj如下：
步骤c、通过世界坐标系XOY和车体坐标系IOJ中的换算，结合所述步骤a、步骤b的公式，得到所述移动机器人的位于世界坐标系XOY的当前位置坐标值x、y、θ如下：
其中上述公式中的各个参数表示的含义如下：
V1、V2：分别为根据所述线速度采集装置采集的信息获得的单位时间内每个全向轮(2)的线速度；
Vi，Vj：分别为所述定位装置在车体坐标系IOJ中沿I方向和J方向的瞬时速度；
de1、de2分别为根据所述线速度采集装置测得的在单位时间内两个全向轮(2)旋转轨迹的增量；
ω为所述角速度采集装置测得的定位装置在单位时间内相对地面转动角度的增量；
l1、l2分别为两个全向轮(2)与移动机器人车体中心的垂直距离；
di、dj分别为单位时间内定位装置在车体坐标系IOJ中的移动距离。

一种移动机器人用定位装置及定位方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种移动机器人定位技术领域，特别涉及一种移动机器人用定位装置及定位方法。\n背景技术\n[0002] 移动机器人在人类生产、生活中得到越来越广泛的应用，如各类竞赛机器人、车间搬运机器人、清洁机器人及各种服务机器人。移动机器人的定位系统是备受关注、富有挑战性的一个重要研究课题，所谓定位是要确定机器人在环境中的实时位姿。根据移动机器人的底盘结构主要包括以下移动机器人：履带式、差动轮式、全向轮式。传统的编码器定位技术是通过在各种移动机器人的底盘主动轮上安装编码器，以获得轮子转动的圈数，进而获得机器人相对于上一采样时刻位置和姿态的改变量，通过位移量的累积就可估算机器人的位置。但这种技术具有较大的局限性：由于编码器安装在主动轮上，以测电机转速即主动轮的转数获得数据来进一步求解机器人所在的位置，但是，当遇到崎岖不平或者倾斜的路面时，会改变机器人的加速度，因此受到惯性和地面摩擦阻力等因素影响，安装有编码器的机器人主动轮在运动过程中常会出现打滑或测滑现象，在主动轮未发生运动变化下机器人位置可能已经发生变化的时候，所以该编码器所测的数据会引起较大的机器人位置定位误差；同时，轮子越多，在将编码器主动轮上时也会因为偏轴误差，引起较大的定位误差，严重影响了移动机器人的定位精度和控制；当然，在主动轮打滑时，机器人的从动轮虽然可能不会打滑而保持原状，但是，如果将编码器安装在从动轮上，一方面考虑从动轮的承重问题需要改变从动轮与底盘的连接结构，比较麻烦，二是从动轮本身也不具备减震功能，在遇到崎岖不平的路面时，从动轮也不能很好的适应路面的情况而发生震动，也会产生较大的误差。\n发明内容\n[0003] 本发明的目的在于克服现有技术中所存在的传统技术中将编码器定位于移动机器人的主动轮或从动轮上时，在遇到崎岖不平或倾斜路面时，机器人在移动过程中发生打滑或侧滑，从而引起较大定位误差的不足，提供一种移动机器人用定位装置，本发明还提供了该定位装置的定位方法。\n[0004] 为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：\n[0005] 一种移动机器人用定位装置，包括支架，所述支架上设有至少两个全向轮，相邻两个所述全向轮旋转轴之间的夹角为大于0°同时小于180°，每个全向轮相对所述支架可沿竖直方向滑动；所述定位装置还包括能够采集每个所述全向轮线速度的线速度采集装置，能够采集所述支架旋转角度的角速度采集装置，以及处理系统，所述线速度采集装置的数据输出接口、角速度采集装置的数据输出接口分别与所述处理系统通讯连接。\n[0006] 该移动机器人用定位装置包括至少两个全向轮，相邻两个全向轮的夹角大于0°且小于180°，定位装置上的线速度采集装置可以分别测得每个全向轮的变量，如线速度和进行轨迹增量，角速度采集装置能够采集定位装置相对地面旋转角度的增量，将原始数据传入处理系统，处理系统则可以计算出定位装置的坐标位置，如世界坐标系中的横坐标和纵坐标，以及旋转角度；由于该定位装置不需要设于移动机器人的主动轮或从动轮上使用，而是直接可以固设在移动机器人底盘上，任意位置，所得到的定位装置的坐标即可相应得到整个移动机器人的位置，并不会因为在遇到崎岖不平或倾斜路面时，主动轮打滑或侧移情况而对移动机器人定位产生影响，因为该定位装置上的全向轮能够相对支架沿竖直方向滑动，能够灵活适应路面情况，起到减震作用，响应迅速；由于该定位装置是整体化装于移动机器人底盘上，能有效避免装配后的偏轴误差对定位的影响，其结构简单，易于控制，定位快速精确。\n[0007] 优选地，所述支架上设有两个大小相同、相互垂直的全向轮。\n[0008] 该支架上包括两个大小相同、相互垂直的全向轮，相互垂直的意思是即两个全向轮的自转轴相对垂直设置，每个全向轮不仅能够沿进行方向的滚动，还能沿垂直于每个全向轮的行进方向滑动，所以两个全向轮的同时旋转运动合成运动可以是沿其他任意方向的运动，因此两个相互垂直的全向轮已经能够实现任意的方向的滚动或滑动。\n[0009] 优选地，所述支架上设有顶盖，每个所述全向轮装于轮架上，每个所述轮架与所述顶盖之间还设有伸缩部件，所述伸缩部件包括竖直连接在所述顶盖、所述轮架之间的减震轴，所述减震轴外套设有减震弹簧。\n[0010] 由于现有移动机器人上的主动轮或从动轮一般都不具备减震功能，所以在遇到崎岖不平的路面时，移动机器人震动较大，影响其稳定性；通过在每个全向轮的轮架和顶盖上设置伸缩部件，选用常见的减震轴和减震弹簧，在遇到崎岖不平的路面时，该定位装置能够根据路面的情况进行伸缩，能始终与路面相接触，并不会发生打滑现象，进一步提高了定位装置的定位准确性，同时也能改进移动机器人运动的平稳性。\n[0011] 优选地，每个所述轮架上设有至少一个沿竖直方向的滑块，所述支架上对应设有与所述滑块适配的滑槽。\n[0012] 两个全向轮的轮架和支架分别均通过沿竖直方向的滑块、滑槽配合，使连接在两个轮架和顶盖之间设置的伸缩部件，始终保持在同一竖直方向伸缩，全向轮也不会发生径向滑动。\n[0013] 优选地，所述支架包括中间板以及垂直连接在所述中间板端部的侧板一和侧板二，形成Z字形状，两个所述全向轮分别位于所述中间板两侧。\n[0014] 该侧板一、中间板、侧板二还可以为一体成型体，能够有效增加支架的结构强度和装配的精准度。\n[0015] 优选地，所述滑槽包括四个，其中两个滑槽分别设在所述中间板两侧，另外两个滑槽分别设在所述侧板一、侧板二上，每个所述全向轮的轮架上对应位置设有两个滑块与对应所述滑槽适配。\n[0016] 每个轮架通过两个滑块与支架上的滑槽适配，两个滑槽且相互垂直，不仅便于轮架对准支架安装，还可以进一步增加轮架在相对支架上下滑动时的稳定性，不易发生摆动。\n[0017] 优选地，所述线速度采集装置为分别设于每个所述全向轮轮轴上的增量式编码器，所述角速度采集装置为陀螺仪。\n[0018] 每个全向轮上的增量式编码器都可以增量式光电编码器，采集数据准确，反应灵敏；而角速度采集装置可以采用MEMS陀螺仪；另外相应的处理系统中进行数据运算处理的处理器平台可以采用STM32系列微处理器。\n[0019] 优选地，所述支架底部还设有底盖，所述底盖相应位置设有能够穿过两个所述全向轮的开槽，所述支架、顶盖、底盖之间还设有封板，能够将所述全向轮、轮架、伸缩部件、线速度采集装置封装；所述处理系统设于所述顶盖表面，包括底板、处理器平台和上壳，所述上壳设有所述处理器平台的数据传输接口。\n[0020] 支架上设有底盖和封板，其作用是可以遮挡和保护全向轮，能有效减少地面的杂质或灰尘进入全向轮，防止全向轮被杂物缠绕卡死，增强该定位装置的使用安全，也提高全向轮的使用寿命。另外，同时也将线速度采集装置、角速度采集装置、处理器平台封装成一体化模块，只需要将模块外壳设置一个数据传输接口，便能将定位装置的位置信息传输到移动机器人主控装置中，操作方便。\n[0021] 本发明还提供了一种移动机器人用定位装置的定位方法，使用如上所述的移动机器人用定位装置，包括以下步骤：\n[0022] 步骤一、将所述定位装置固设于移动机器人底盘下方，调整所述定位装置的两个全向轮与移动机器人其他车轮为同一水平面；\n[0023] 步骤二、测量两个全向轮分别相对于移动机器人车体中心的垂直距离l1、l2；\n[0024] 步骤三、移动机器人运动，所述线速度采集装置同时采集两个全向轮的参数，分别获得单位时间内每个全向轮的线速度V1、V2，所述角速度采集装置采集所述定位装置的参数，获得单位时间内所述定位装置的相对地面旋转角度的增量 ；\n[0025] 步骤四、将所述线速度采集装置和角速度采集装置所采集的参数传输至所述处理系统，所述处理系统输出移动机器人的当前位置参数，包括位于世界坐标系XOY的平面坐标x、y和旋转角度θ。\n[0026] 优选地，所述移动机器人的位于世界坐标系XOY的当前位置坐标值x、y、θ根据以下步骤得到：\n[0027] 步骤a、在水平面车体坐标系IOJ中，其中以车体中心为中心点O、OA方向位于移动机器人进行方向、OJ方向为移动机器人行进的垂直方向，通过所述线速度采集装置获得单位时间内每个全向轮的线速度V1、V2，和所述角速度采集装置获得的单位时间内所述定位装置的相对地面旋转角度的增量 ，以及结合两个全向轮分别相对于移动机器人车体中心的垂直距离l1、l2，得到移动机器人在车体坐标系IOJ中沿I方向和J方向的瞬时速度Vi，Vj如下:\n[0028]\n[0029] 步骤b、将步骤a中的公式进行积分，得到移动机器人在车体坐标系IOJ中单位时间内定位装置在车体坐标系IOJ中的移动距离di、dj如下：\n[0030]\n[0031] 步骤c、通过世界坐标系XOY和车体坐标系IOJ中的换算，结合所述步骤a、步骤b的公式，得到所述移动机器人的位于世界坐标系XOY的当前位置坐标值x、y、θ如下：\n[0032] ，\n[0033] 其中上述公式中的各个参数表示的含义如下：\n[0034] V1、V2：分别为根据所述线速度采集装置采集的信息获得的两个全向轮的瞬时线速度；\n[0035] Vi，Vj：分别为所述定位装置在车体坐标系IOJ中沿I方向和J方向的瞬时速度；\n[0036] 、 分别为根据所述线速度采集装置测得的在单位时间内两个全向轮旋转轨\n迹的增量；\n[0037] 为所述角速度采集装置测得的定位装置在单位时间内相对地面转动角度的增量；\n[0038] l1、l2分别为两个全向轮与移动机器人车体中心的垂直距离；\n[0039] di、dj分别为单位时间内定位装置在车体坐标系IOJ中的移动距离。\n[0040] 与现有技术相比，本发明的有益效果：\n[0041] 1、本发明所述一种移动机器人用定位装置，通过在支架上设置至少两个全向轮，其线速度采集装置可以分别测得每个全向轮的变量，角速度采集装置能够采集定位装置的角度的增量，处理系统则可以计算出定位装置的坐标位置，由于该定位装置不需要设于移动机器人的主动轮或从动轮上使用，而是直接可以固设在移动机器人底盘上任意位置，所得到的定位装置的坐标即可相应得到整个移动机器人的位置；同时该定位装置上的全向轮能够相对支架沿竖直方向滑动，能够灵活适应路面情况，起到减震作用，响应迅速，并不会因为崎岖不平或倾斜路面发生打滑或侧移情况而对移动机器人定位产生影响；该定位装置是整体化装于移动机器人底盘上，能有效避免装配后的偏轴误差对定位的影响，其结构简单，易于控制，定位快速精确；\n[0042] 2、该定位装置符合相对式定位法原理，进行定位时，无需参照物位置等己知的参照信息，也无需计算移动机器人与参照信息之间的相互关系，此定位装置将机械结构设计部分和电路控制部分集于一体，集成为一体化定位装置，拆装方便，控制简便；\n[0043] 3、该定位装置上除了底盖只留下能够穿过全向轮空间外，分别实现了对每个全向轮的封装，能够有效遮挡和保护全向轮，减少杂质或灰尘进入全向轮，增强了该组件的使用安全性，提高了全向轮的使用寿命；\n[0044] 4、该定位装置将将线速度采集装置、角速度采集装置、处理器系统封装成一体化模块，只需要将模块外壳设置一个数据传输接口，便能将定位装置的位置信息传输到移动机器人主控装置中，操作方便；\n[0045] 5、该定位装置适合于任意底盘结构的移动机器人定位，如履带式移动机器人、差动轮式移动机器人、全向轮式移动机器人，直接设于底盘上，而不是履带、差动轮或全向轮上，避免了移动机器人轮子打滑情况对移动机器人定位的影响，具有很高的定位精度。\n[0046] 附图说明：\n[0047] 图1是本发明所述一种移动机器人用定位装置的结构示意图；\n[0048] 图2为图1中定位装置的爆炸图；\n[0049] 图3为图1中不含封板的定位装置的示意图；\n[0050] 图4为图1中不含顶盖、处理系统的定位装置的俯视图；\n[0051] 图5为支架的结构示意图；\n[0052] 图6为图5的俯视图；\n[0053] 图7为图2中轮架的结构示意图；\n[0054] 图8为图7的后视轴测图；\n[0055] 图9为图2中伸缩部件的结构示意图；\n[0056] 图10为图2中轮架、全向轮、伸缩部件与支架配合的结构示意图；\n[0057] 图11为图10的俯视图；\n[0058] 图12为图2中顶盖的结构示意图；\n[0059] 图13为图2中底盖的结构示意图；\n[0060] 图14为图2中处理系统的爆炸图；\n[0061] 图15为本发明所述定位装置设于移动机器人底盘上的示意图；\n[0062] 图16为设有定位装置的移动机器人位于两个坐标系下运动到某一位置时的示意图；\n[0063] 图17为本发明所述定位装置的处理系统工作流程图。\n[0064] 图中标记：\n[0065] 1、支架，11、侧板一，12、中间板，13、侧板二，14、滑槽，2、全向轮，3、轮架，31、轴孔，\n32、滑块，33、凹槽，4、伸缩部件，41、减震轴，42、减震弹簧，5、顶盖，51、轴孔，52、固定孔，6、底盖，61、凸台，62、开槽，7、封板，8、增量式编码器，9、处理系统，91、上壳，92、处理器平台，\n93、底板，94、陀螺仪底座，95、陀螺仪，96、数据传输接口。\n具体实施方式\n[0066] 下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。\n[0067] 如图1所示，一种移动机器人用定位装置，其外形图，可见支架1、顶盖5、封板7，顶盖5上设有处理系统9，其余部件，如两个全向轮2，以及线速度采集装置和角速度采集装置均内设于内。\n[0068] 如图2所示为该定位装置的爆炸图，从图中可以看出，除了支架1、顶盖5、封板7和底盖6构成的外壳外，内设有两个的全向轮2，每个全向轮2通过轮架3滑动连接在支架1上，每个轮架3上还设有伸缩部件4和线速度采集装置（如增量式编码器8）。\n[0069] 如图3所示为该定位装置去掉封板后的示意图，从图中可以看出其内部的结构示意图，除了支架1、顶盖5、底盖6、封板7，其他结构，如全向轮2、轮架3、伸缩部件4、连接在全向轮2轮轴上的增量式编码器8均设于内部，这种封装结构，能够有效遮挡和保护全向轮2，减少杂质或灰尘进入全向轮2，增强了该组件的使用安全性，提高了全向轮2的使用寿命。\n[0070] 如图4为去掉顶盖5后的定位装置俯视图，从图中可以看出，支架1、顶盖5、底盖6和封板7分别构成两个空腔，每个空腔设有一个全向轮2，全向轮2连接在支架1上，两个全向轮\n2的旋转轴相互垂直，为了便于加工和装配该在定位装置，其两个空腔的大小相同，两个全向轮2的大小相同，每个空腔的轮架3的大小也相同，底盖6上设有与两个全向轮2相对应的开槽62，开槽62的大小能够穿过全向轮2部分体积。\n[0071] 如图5所示为支架1的结构示意图，该支架1包括侧板一11、侧板二13和中间板12，相互垂直连接形成Z字形状，在侧板一11、侧板二13内壁上均设有一个沿竖直方向的滑槽\n14，在中间板12两侧也分别设有沿竖直方向的滑槽14。\n[0072] 如图6所示，支架1设有四个滑槽14，其结构相对于侧板一11、侧板二13和中间板12的表面向外凸出形成凹字体形状，位于中间板12两侧的两个滑槽14相互垂直，且分别沿中间板12成中心对称结构，便于两个轮架3上的滑块32快速的对准装入，保证两个全向轮2正交垂直，还可以增加轮架3在相对支架1滑槽14上下滑动时的稳定性，不易发生摆动；侧板一\n11、中间板12、侧板二13以及四个滑槽14为一体成型体，通过模具成型再精加工，能够有效减少支架1的加工时间，也能增加结构强度和装配精度。\n[0073] 如图7所示为轮架3的结构示意图，该轮架3为U型结构，为三面体，其中的两侧面设有与支架1上两个滑槽14适配的长条状滑块32，轮架3顶部还设有便于伸缩部件4安装的轴孔31，全向轮2设于轮架3上，该轮架3还设有若干个凹槽33，可以在不影响结构强度情况下，减轻重量。为了便于加工，该轮架3可以是两个部件在顶部拼凑固定而成。\n[0074] 如图8为图7中轮架3的后方轴测图，从图中可以清楚的看出两个滑块32分别位于轮架3的两个侧面，沿竖直方向的长条状，其截面为T形状。\n[0075] 如图9所示为伸缩部件4的结构示意图，该伸缩部件4包括减震轴41和减震弹簧42，均为常见的结构，其中减震轴41连接在顶盖5和轮架3之间，减震弹簧42套设在减震轴41外面，配合轮架3、支架1之间的滑块32和滑槽14的限位，实现轮架3相对顶盖5只能沿竖直方向上下运动，如图4所示。\n[0076] 当移动机器人在崎岖不平的路面运动时，车轮的抖动或滑移产生的偏差也会带动定位装置的抖动或滑移，但是该伸缩部件4带动全向轮的相对抖动伸缩，能够始终使全向轮\n2与地面充分接触，该定位装置作为随动机构安装在移动机器人上，不会出现打滑，避免了地面不平整的情况产生的定位误差。\n[0077] 如图10为轮架3、全向轮2、伸缩部件4与支架1配合的结构示意图，先将伸缩部件4固定在两个轮架3上，然后在两个轮架3上分别装配两个全向轮2，最后再将其装配在支架1两侧，形成两个相互垂直的全向轮2。\n[0078] 如图11所示图10中的俯视图，装配好之后，是轮架3上的两个滑块32分别装入支架\n1两侧的两个滑槽14，此时两个全向轮2只能沿着支架1上的滑槽14竖直上下运动；不过需要说明的是，两个轮架3并不完全一样，与支架1滑槽14适配的两个轮架3上的的滑块32所在在轮架3上的位置略有不同，需要与支架1滑槽14的位置相互对应。\n[0079] 如图12所示为顶盖5的结构示意图，为矩形盖体，表面设有两个便于安装两个伸缩部件4的轴孔51，以及固定盖体与支架1、封板7、封板7的若干个固定孔52，该顶盖5可以直接安装在移动工具上。\n[0080] 如图13为底盖6的结构示意图，为了便于连接在支架1和封板7，底盖6设有凸台61和螺栓孔，底盖6与顶盖5对应且大小相同，在底盖6上还设有长条状开槽62，便于全向轮2穿过。\n[0081] 如图14为处理系统9的爆炸图，该处理系统包括设于顶盖5上的底板93，底板93内设有处理器平台92，外套设有上壳91，另外，为了更好的实现封装和通讯连接，将陀螺仪95也设于底板93内，具体是在底板93上固定陀螺仪底座94，陀螺仪底座94内设有陀螺仪95，陀螺仪底座94上层设置处理器平台92，处理器平台92上方用上壳91封好，留有一个数据传输接口96，能方便的将定位装置处理系统9处理后的的位置信息传输到移动机器人主控装置中，操作方便。\n[0082] 如图15所示，该定位装置固设在移动机器人底盘上，其固定的位置可以是任意位置，即不一定定位装置内的全向轮2与移动机器人的车轮处于平行或垂直状态，可以成任意角度夹角；设移动机器人车体中心为O，可以测量两个全向轮2的进行方向与车体中心O的垂直距离分别为l1、l2，图中的V1、V2分别为根据线速度采集装置采集的信息获得的两个全向轮2的瞬时线速度。\n[0083] 如图16所示，处理系统9在对设有定位装置的移动机器人进行定位计算的时候，采用了两个坐标系，其中XOY为世界坐标系，即移动机器人的位置信息（x、y、θ），即是我们需要得到的信息；而IOJ为相对于移动机器人车体中心O’的车体坐标系。图中的虚线方框表示移动机器人处于初始状态时的在世界坐标系XOY中的位置，实线方框是运动了一定时间后位于世界坐标系中的位置，实现方框里面的两个小方框分别代表两个正交全向轮2。图中的dx、dy分别为移动机器人相对于初始位置在移动一定时间后在世界坐标系中X方向、Y方向的移动距离，而di、dj则分别代表移动机器人相对于初始位置在移动一定时间后相对车体坐标系IOJ中的在I方向、J方向的移动距离。\n[0084] 如图17所述，该定位装置的处理系统工作流程图，首先由MEMS陀螺仪95采集得到的角速度值经ADC采样转换得到数字信号输入STM32微处理器，两个正交全向轮2上的增量式光电编码器8采集得到的线速度值经RS485标准接口输入的STM32微处理器平台92，STM32微处理器经过处理输入的角速度和线速度信息，通过CAN总线输出移动机器人的位置信息（x、y、θ）。\n[0085] 具体地，该移动机器人用定位装置的定位方法，包括以下步骤：\n[0086] 步骤一、将定位装置固设于移动机器人底盘下方，调整定位装置的两个全向轮2与移动机器人其他车轮为同一水平面；\n[0087] 步骤二、测量两个全向轮2分别相对于移动机器人车体中心的垂直距离；\n[0088] 步骤三、移动机器人运动，两个增量式光电编码器8分别采集两个全向轮2的参数，获得单位时间内每个全向轮2的线速度增量，MEMS陀螺仪95采集定位装置的参数，获得单位时间内定位装置的角度的增量；\n[0089] 步骤四、将两个增量式光电编码器8和MEMS陀螺仪95的参数传输至所述处理系统\n9，所述处理系统9输出移动机器人的当前位置参数，包括平面坐标和旋转角度。\n[0090]  通过微元法，把机器人在平面上的运动轨迹分为无数段直线进行处理，即可实现机器人坐标到地面坐标的转换。在单位时间内，假设两个全向轮2在在车体坐标系IOJ的两个方向的移动距离分别为di、dj，移动机器人相对于初始位置在移动一定时间后在世界坐标系中XOY的两个方向的移动距离分别为dx、dy，定位装置在单位时间内相对地面转动角度的增量为 ，两个增量式光电编码器的测得的在单位时间内两个全向轮2旋转轨迹的增量为、 。则移动机器人在世界坐标系（又称地面坐标系）中x和y方向的增量计算公式和角度θ表达式为\n[0091]                    （1）\n[0092] 另外，两个全向轮2的瞬时线速度大小为V1、V2，定位装置在车体坐标系IOJ中沿I方向和J方向的瞬时速度为Vi，Vj，对其线速度进行积分可以反向得到增量 、 ，分别为：\n[0093]                              （2）\n[0094] 将每段直线的dx和dy积分，可得到机器人的地面坐标：\n[0095]                      （3）\n[0096] 因此可得到移动机器人相对于世界坐标系（又称地面坐标系）的位置信息（x、y、θ）。