移动机器人坐标定位方案_张成
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（责任编辑：周加转）
2011.07
21
一、定位实现
（一）寻线定位 寻线定位方案主要依靠铺于地面的正交场地白
线，通过检测安装于机器人前端的巡线传感器来检测 机器人当前状态，并依照相应算法计算出机器人当前 坐标。具体如下：机器人前端安装四个SICK激光传感
器，从左至右记为K1,K2,K3,K4。假定机器人出发点为 坐标零点且行走正方向为90°方向，记当前X坐标区间 为M×X～(M+1)×X，当前Y坐标区间为N×Y～（N+1） ×Y（X,Y分别为场地白线方格X方向上的长度与Y方向 上的长度）。M，N的迭代算法如下(传感器输入为0时 表示传感器下方存在白线）：
（二）双编码盘差动行走定位 双编码盘差动行走定位方案主要依靠安装在机器
人两个驱动轮旁的增量式旋转编码器，通过每5ms一次 的迭代计算，利用5ms内左编码盘与右编码盘移动的距 离Delta_L与Delta_R计算出机器人当前坐标与角度方 向，迭代算法如下：
Angle_Del= (Delta_R- Delta_L)/(2×LENGTH_ CODER)； X+=(Delta_R+Delta_L)×cos(AngleArc+ Angle_ Del×0.5)/2； Y+=(Delta_R+Delta_L)×sin(AngleArc+ Angle _Del×0.5)/2； AngleArc+=Angle_Del；
二、结论
结合工程实践经验，总结出几种较为实用的移动 机器人定位方案。这些方案中，寻线定位方式较为原 始，仅适于沿场地白线行走。双编码盘差动定位及陀 螺仪加单码盘定位适用于两轮差动式行走模型的机器 人坐标定位，但要求行走过程中码盘不出现侧滑，否 则坐标将出现误差。双全向码盘加陀螺仪方案适用于 行走角速度较小的各种行走任务，其缺陷在于角速度 过大时陀螺仪的角度积分出现误差，导致定位失败。 双全向码盘加电子罗盘的定位方案可弥补前一方案的 缺陷，但要求周边磁场干扰强度在允许范围内。
三、结语
管网支架的设计是一项复杂的课题，且目前国内 尚无相应的管网支架设计规范出台，因此本文仅从概 念设计的角度并结合工程经验对管网支架的结构设计 进行简单分析。管网支架设计重点之一是荷载取值的
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2011.07
准确性和精确性；其二是管道与支架的相互关系；其 三是支架体系结构形式的选择。相信做好上述三点工 作，管网支架的设计一定会是成功的。
man filtering：a unified framework for mobile robot localization[A]．Proc 2000 IEEE Int Conf on Robotics and Automation [C]．San Francisco，2000． [5] Fox D. KLD-sampling：adaptive particle filters and mobile robot localization[J]．Advances in Neural Information Processing Systems,2001，（1）．
（三）陀螺仪加单码盘定位 由前文讨论可知，机器人坐标定位的根本要素在于
保证两个量的精度：相邻两次计算时间内的角度变化 量与行走轨迹长度。该套方案中由高精度陀螺仪提供 角度方向信号AngleArc，由单码盘提供两次计算时间 内机器人行走轨迹长Delta_C，其定位算法如下：
X+= (Delta_C)× cos(AngleArc )； Y+= (Delta_C)× sin (AngleArc )；
DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2011.21.060
T 技术前沿 echnology Frontier
移动机器人坐标定位方案
张成
（武汉大学动力与机械学院自动化系，湖北 武汉 430072）
摘要 ：坐标定位技术是移动机器人最基本也是最重要的技术之一。文章介绍了移动机器人采用的几种主要定
if(CrossStateRecord==0&&CrossState==1) { if(TrustTest==0){TrustTest=1；CheckedTime=1；}} if(CrossStateRecord==1&&CrossState==1) { if(TrustTest==1) CheckedTime=++；} else{TrustTest=0；CheckedTime=0；} if(CheckedTime>=5){N++；TrustTest=0； CheckedTime=0；} 上述算法为机器人沿Y轴方向行走时的定位算法， 沿0°，180°，270°方向行走时同理可计算相应 坐标。
（四）双全向码盘加陀螺仪 该套方案中仍然由陀螺仪提供角度方向，由成90度
垂直的一对全向轮编码盘提供两次计算间隔内机器人 行走轨迹长度。与前一方案相比较而言，在定位原理 上并没有很大区别。但是由于该方案中行走轨迹长度 信号由一对垂直的全向轮编码盘构成故能够完整的支 持全向轮行走方案，机器人可以以任意速度朝任意方 向行走以及加速减速。其定位行走算法如下：
移动机器人的坐标定位是实现机器人自主行走，姿 态控制，轨迹跟踪等各种任务的前提。机器人必须准 确地知道自己的坐标位置及姿态参数才能正确准确的 执行命令。因此,定位问题是移动机器人研究中的关键 问题之一。
作者结合自身工程实践中的经验，总结了几种常 用的坐标定位方案，在实际应用中都取得了较好的效 果，获得了较高的定位精度。
管网支架的设计还有很多地方需要研究，由于水平 有限，仅以上述心得与同行共享，不足之处还请予以 指正。
参考文献 [1] 建筑结构荷载规范（GB50009-2001）[S]． [2] 混凝土结构设计规范（GB50010-2002）[S]． [3] 钢结构设计规范（GB 500172003）[S]．
（责任编辑：王书柏）
位方案，并且分析了这些定位方案的基本思想和算法的粗略实现过程，以及它们各自的优点与局限性。在工
程实践中，可以根据不同的场合需要与精度要求，选择不同的定位方案。
关键词 ：移动机器人 ；坐标定位技术 ；陀螺仪加单码盘定位 ；双编码盘差动行走定位
中图分类号 ：TP242 文献标识码 ：A
文章编号 ：1009-2374（2011）21-0020-02
参考文献 [1] 李群明，等．室内自主移动机器人定位方法研究综述 [J]．
机器人，2003，（11）． [2] 徐则中，庄燕滨．移动机器人定位方法对比研究 [J]．系
统仿真学报，2009，（7）． [3] 孙迪生，王炎．机器人控制技术 [M]．北京：机械工业出
版社，1997． [4] Roumeliotis S，Bekey G．Bayesian estimation and kal-
M=0；if(K1==0&&K4==0）{CrossState=1；}else CrossState=0；
一般情况下，将高低管架的垂直荷载和水平推力均乘 以1.2～1.5的放大系数即可确保结构安全。对于大跨 度管网支架的结构方案，笔者倾向于选择钢筋混凝土 支架及钢结构大跨度梁（桁架）的结构体系，同时建 议跨度在15米以下的钢梁选用热轧H型钢，15～18米 的钢梁选用蜂窝梁，18米以上的大跨度结构选用钢桁 架，以充分考虑到建设投资和工程进度。
X+=(sqrt(D_x×D_x+D_y×D_ y))×cos(AngleArc)；
Y+=(sqrt(D_x×D_x+D_y×D_y))×sin (AngleArc)。
（五）双全向码盘加电子罗盘 双全向码盘加陀螺仪的方案在对全向轮行走Fra Baidu bibliotek案的
支持上较为完整，但机器人行走角速度过大时陀螺仪 积分将出现误差。而本方案中，电子罗盘以地磁场作 为角度参考方向，具有固定的参照对象。在磁场干扰 不大的场合中，电子罗盘提供的方向信号可以很好的 解决前一方案转速过快时积分出错的情况。其定位算 法与前面所述方案算法一致。
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一、定位实现
（一）寻线定位 寻线定位方案主要依靠铺于地面的正交场地白
线，通过检测安装于机器人前端的巡线传感器来检测 机器人当前状态，并依照相应算法计算出机器人当前 坐标。具体如下：机器人前端安装四个SICK激光传感
器，从左至右记为K1,K2,K3,K4。假定机器人出发点为 坐标零点且行走正方向为90°方向，记当前X坐标区间 为M×X～(M+1)×X，当前Y坐标区间为N×Y～（N+1） ×Y（X,Y分别为场地白线方格X方向上的长度与Y方向 上的长度）。M，N的迭代算法如下(传感器输入为0时 表示传感器下方存在白线）：
（二）双编码盘差动行走定位 双编码盘差动行走定位方案主要依靠安装在机器
人两个驱动轮旁的增量式旋转编码器，通过每5ms一次 的迭代计算，利用5ms内左编码盘与右编码盘移动的距 离Delta_L与Delta_R计算出机器人当前坐标与角度方 向，迭代算法如下：
Angle_Del= (Delta_R- Delta_L)/(2×LENGTH_ CODER)； X+=(Delta_R+Delta_L)×cos(AngleArc+ Angle_ Del×0.5)/2； Y+=(Delta_R+Delta_L)×sin(AngleArc+ Angle _Del×0.5)/2； AngleArc+=Angle_Del；
二、结论
结合工程实践经验，总结出几种较为实用的移动 机器人定位方案。这些方案中，寻线定位方式较为原 始，仅适于沿场地白线行走。双编码盘差动定位及陀 螺仪加单码盘定位适用于两轮差动式行走模型的机器 人坐标定位，但要求行走过程中码盘不出现侧滑，否 则坐标将出现误差。双全向码盘加陀螺仪方案适用于 行走角速度较小的各种行走任务，其缺陷在于角速度 过大时陀螺仪的角度积分出现误差，导致定位失败。 双全向码盘加电子罗盘的定位方案可弥补前一方案的 缺陷，但要求周边磁场干扰强度在允许范围内。
三、结语
管网支架的设计是一项复杂的课题，且目前国内 尚无相应的管网支架设计规范出台，因此本文仅从概 念设计的角度并结合工程经验对管网支架的结构设计 进行简单分析。管网支架设计重点之一是荷载取值的
20
2011.07
准确性和精确性；其二是管道与支架的相互关系；其 三是支架体系结构形式的选择。相信做好上述三点工 作，管网支架的设计一定会是成功的。
man filtering：a unified framework for mobile robot localization[A]．Proc 2000 IEEE Int Conf on Robotics and Automation [C]．San Francisco，2000． [5] Fox D. KLD-sampling：adaptive particle filters and mobile robot localization[J]．Advances in Neural Information Processing Systems,2001，（1）．
（三）陀螺仪加单码盘定位 由前文讨论可知，机器人坐标定位的根本要素在于
保证两个量的精度：相邻两次计算时间内的角度变化 量与行走轨迹长度。该套方案中由高精度陀螺仪提供 角度方向信号AngleArc，由单码盘提供两次计算时间 内机器人行走轨迹长Delta_C，其定位算法如下：
X+= (Delta_C)× cos(AngleArc )； Y+= (Delta_C)× sin (AngleArc )；
DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2011.21.060
T 技术前沿 echnology Frontier
移动机器人坐标定位方案
张成
（武汉大学动力与机械学院自动化系，湖北 武汉 430072）
摘要 ：坐标定位技术是移动机器人最基本也是最重要的技术之一。文章介绍了移动机器人采用的几种主要定
if(CrossStateRecord==0&&CrossState==1) { if(TrustTest==0){TrustTest=1；CheckedTime=1；}} if(CrossStateRecord==1&&CrossState==1) { if(TrustTest==1) CheckedTime=++；} else{TrustTest=0；CheckedTime=0；} if(CheckedTime>=5){N++；TrustTest=0； CheckedTime=0；} 上述算法为机器人沿Y轴方向行走时的定位算法， 沿0°，180°，270°方向行走时同理可计算相应 坐标。
（四）双全向码盘加陀螺仪 该套方案中仍然由陀螺仪提供角度方向，由成90度
垂直的一对全向轮编码盘提供两次计算间隔内机器人 行走轨迹长度。与前一方案相比较而言，在定位原理 上并没有很大区别。但是由于该方案中行走轨迹长度 信号由一对垂直的全向轮编码盘构成故能够完整的支 持全向轮行走方案，机器人可以以任意速度朝任意方 向行走以及加速减速。其定位行走算法如下：
移动机器人的坐标定位是实现机器人自主行走，姿 态控制，轨迹跟踪等各种任务的前提。机器人必须准 确地知道自己的坐标位置及姿态参数才能正确准确的 执行命令。因此,定位问题是移动机器人研究中的关键 问题之一。
作者结合自身工程实践中的经验，总结了几种常 用的坐标定位方案，在实际应用中都取得了较好的效 果，获得了较高的定位精度。
管网支架的设计还有很多地方需要研究，由于水平 有限，仅以上述心得与同行共享，不足之处还请予以 指正。
参考文献 [1] 建筑结构荷载规范（GB50009-2001）[S]． [2] 混凝土结构设计规范（GB50010-2002）[S]． [3] 钢结构设计规范（GB 500172003）[S]．
（责任编辑：王书柏）
位方案，并且分析了这些定位方案的基本思想和算法的粗略实现过程，以及它们各自的优点与局限性。在工
程实践中，可以根据不同的场合需要与精度要求，选择不同的定位方案。
关键词 ：移动机器人 ；坐标定位技术 ；陀螺仪加单码盘定位 ；双编码盘差动行走定位
中图分类号 ：TP242 文献标识码 ：A
文章编号 ：1009-2374（2011）21-0020-02
参考文献 [1] 李群明，等．室内自主移动机器人定位方法研究综述 [J]．
机器人，2003，（11）． [2] 徐则中，庄燕滨．移动机器人定位方法对比研究 [J]．系
统仿真学报，2009，（7）． [3] 孙迪生，王炎．机器人控制技术 [M]．北京：机械工业出
版社，1997． [4] Roumeliotis S，Bekey G．Bayesian estimation and kal-
M=0；if(K1==0&&K4==0）{CrossState=1；}else CrossState=0；
一般情况下，将高低管架的垂直荷载和水平推力均乘 以1.2～1.5的放大系数即可确保结构安全。对于大跨 度管网支架的结构方案，笔者倾向于选择钢筋混凝土 支架及钢结构大跨度梁（桁架）的结构体系，同时建 议跨度在15米以下的钢梁选用热轧H型钢，15～18米 的钢梁选用蜂窝梁，18米以上的大跨度结构选用钢桁 架，以充分考虑到建设投资和工程进度。
X+=(sqrt(D_x×D_x+D_y×D_ y))×cos(AngleArc)；
Y+=(sqrt(D_x×D_x+D_y×D_y))×sin (AngleArc)。
（五）双全向码盘加电子罗盘 双全向码盘加陀螺仪的方案在对全向轮行走Fra Baidu bibliotek案的
支持上较为完整，但机器人行走角速度过大时陀螺仪 积分将出现误差。而本方案中，电子罗盘以地磁场作 为角度参考方向，具有固定的参照对象。在磁场干扰 不大的场合中，电子罗盘提供的方向信号可以很好的 解决前一方案转速过快时积分出错的情况。其定位算 法与前面所述方案算法一致。