CN104777452A - 一种移动设备的定位***及定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种移动设备的定位***及定位方法，能够提高定位精度和抗干扰能力。所述***包括：激光定位基站和安装在移动设备上的定位视觉模块，激光定位基站包括：测距激光、水平电机、俯仰电机、电机驱动器及控制器；定位视觉模块，用于捕获所述测距激光发出的激光斑点，生成定位视觉模块消息，并将其发送至所述控制器；控制器，用于根据接收到的定位视觉模块消息，通过电机驱动器下发控制指令驱动水平电机、俯仰电机带动测距激光在水平、竖直方向上做旋转摆动运功，并根据测距激光的测距值，水平电机、俯仰电机的旋转角度及接收到的定位视觉模块消息进行坐标运算，确定移动设备所处位置的三维坐标。本发明适用于通信技术领域。

Description

一种移动设备的定位***及定位方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别是指一种移动设备的定位***及定位方法。
背景技术
近年来，很多移动设备在运行时候需要预先获知自身的精确定位坐标，以便用于设备行驶或者其他用途，例如，自动导航运输车(Automatic GuidedVehicle，AGV)就需要预先获知车辆自身精确的位置信息才能进行自主行驶，因此，对移动设备的精确定位在很多场合就显得尤为重要。
在现行的定位***中，全球定位***(Global Positioning System，GPS)是由美国国防部研制建立的一种具有全方位、全天候、全时段、高精度的卫星导航***，能为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、速度和精确定时等导航信息，是卫星通信技术在导航领域的应用典范，它极大地提高了地球社会的信息化水平，有力地推动了数字经济的发展。就目前而言，在我国市面上涉及GPS定位***的产品，其定位精度在米级，而且在类似于室内、地下等封闭的环境中GPS受限很大，或者根本无法使用。
机器视觉定位技术是指通过CCD或其他视觉传感器感知周围环境的定位，这类定位通常只能用于特定的工作环境。装有机器视觉定位***的移动设备过对周围环境设定一些具有明显特征点的路标识别和跟踪，结合特定标识景物的位置信息，进而得到自身位置信息。该方法定位精度较高，但是考虑到工作环境实际环境因素，如光线等影响，实际图像的获取显得有些困难。
航迹推算定位技术最初用于海上的传播，是根据罗经和计程仪所指示的航向、航程，以及船舶操纵要素和风流要素等在不借助外界导航物标的条件下，求取航迹和船位的方法。随着技术的发展，现在已经把它用于给陆地上移动设备定位。根据移动设备上安装的传感器(航向陀螺、速度计、里程计等)，从而计算出移动设备的位置坐标。在短时间内这些传感器的测量精度比较高，但对于长时间的定位，往往会造成累积误差，影响定位精度，且航迹推算定位技术不能进行三维定位。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种移动设备的定位***及定位方法，以解决现有技术所存在的定位技术的局限性的问题。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种移动设备的定位***，包括：激光定位基站和安装在所述移动设备上的定位视觉模块，所述激光定位基站包括：测距激光、水平电机、俯仰电机、电机驱动器及控制器；
所述定位视觉模块，用于捕获所述测距激光发出的激光斑点，生成定位视觉模块消息，并将所述定位视觉模块消息发送至所述控制器；
所述控制器，用于根据接收到的定位视觉模块消息，通过所述电机驱动器下发控制指令驱动所述水平电机、俯仰电机带动所述测距激光在水平、竖直方向上做旋转摆动运功，并根据测距激光的测距值，水平电机、俯仰电机的旋转角度及接收到的定位视觉模块消息进行坐标运算，确定所述移动设备所处位置的三维坐标。
可选地，所述定位视觉模块包括：相机、接光屏、视觉图像处理板和无线通讯单元；
所述相机，用于捕获所述测距激光发出的射在所述接光屏上任意一点B点的激光斑点；
所述视觉图像处理板，用于当捕获到激光屏上的激光斑点时，对捕获到的B点的激光斑点进行处理，生成定位视觉模块消息，所述定位视觉模块消息包括：B点相对于接光屏正中心A点的水平偏差量m、竖直偏差量n及捕获标识；
所述无线通讯单元，用于将所述定位视觉模块消息发送至所述控制器。
可选地，按照预设的时间间隔，通过所述无线通讯单元向所述控制器发送定位视觉模块消息，所述控制器根据接收到的所述定位视觉模块消息控制水平电机、俯仰电机的运动，若接光屏上无激光斑点，所述定位视觉模块消息包括：未捕获标识。
可选地，当所述控制器接收到定位视觉模块消息包括捕获标识时，通过电机驱动器下发控制器发出的控制指令驱动所述水平电机和俯仰电机的运动，通过水平电机、俯仰电机的运动带动测距激光在水平方向和竖直方向上做旋转摆动运功使测距激光发出的激光斑点向接光屏的正中心A点移动；
当所述控制器接收到定位视觉模块消息包括未捕获标识时，通过电机驱动器下发控制器发出的控制指令驱动所述水平电机和俯仰电机带动测距激光在朝向所述移动设备的方向做W型扫描运动。
可选地，预先在所述移动设备的工作场地确定坐标原点O(0，0，0)建立***坐标系，在***坐标系内测量所述激光定位基站的坐标为O1(xO1,yO1,zO1)，当所述定位视觉模块捕获到激光斑点时，根据下式确定所述移动设备所处位置的三维坐标A(xA,yA,zA)：
[xB,yB,zB]T＝[xO1,yO1,zO1]T+l·[cosβ·cosα,cosβ·sinα,cosβ]T
[xA,yA,zA]T＝[xB,yB,zB]T+[m·cosγ,m·sinγ,n]T
式中，(xA,yA,zA)为接光屏正中心A点在***坐标系中的三维坐标，即为所述移动设备的所处位置，(xB,yB,zB)为B点在***坐标系中的三维坐标，m、n分别为B点相对于接光屏中心A点的水平偏差量、竖直偏差量，α为水平电机的旋转角度，β为俯仰电机的旋转角度，l为测距激光的测距值，γ为所述移动设备航向角。
可选地，按照下式确定B点的三维坐标在***坐标系中的计算误差△xB、△yB、△zB：
△xB＝xB-[(xO1+△xO1)+(l+△l)·cos(β+△β)·cos(α+△α)]
△yB＝yB-[(yO1+△yO1)+(l+△l)·cos(β+△β)·sin(α+△α)]
△zB＝zB-[(zO1+△zO1)+(l+△l)·cos(β+△β)]
式中，△xO1、△yO1、△zO1为所述激光定位基站的坐标在***坐标系中的误差，△α、△β分别为水平电机、俯仰电机的旋转误差，△l为测距激光的测量误差；
根据B点的三维坐标在***坐标系中的计算误差△xB、△yB、△zB，确定所述移动设备所处位置的坐标误差△A(△xA,△yA,△zA)，即接光屏正中心A点的三维坐标在***坐标系中的计算误差△xA、△yA、△zA：
△xA＝xA-[(xB+△xB)+(m+△m)·cos(γ+△γ)]
△yA＝yA-[(yB+△yB)+(m+△m)·sin(γ+△γ)]
△zA＝zA-[(zB+△zB)+(n+△n)]
式中，△m、△n分别为所述定位视觉模块处理的B点相对于接光屏正中心A点的水平偏差量、竖直偏差量的误差，△γ为所述移动设备航向角的误差。
可选地，所述控制器采用DSP和ARM双核结构；
所述ARM结构，用于与所述定位视觉模块进行通讯获取所述定位视觉模块消息，并采集所述测距激光的测距值；
所述DSP结构，用于采集水平电机及俯仰电机的旋转角度信息，并结合ARM结构发送的测距激光的测距值及定位视觉模块消息，确定所述移动设备所处位置的三维坐标，同时通过所述电机驱动器发送控制命令驱动所述水平电机及俯仰电机的运动。
另一方面，本发明实施例还提供一种移动设备的定位方法，包括：
通过定位视觉模块捕获测距激光发出的激光斑点，生成定位视觉模块消息，并将所述定位视觉模块消息发送至控制器；
根据所述定位视觉模块消息，由控制器生成控制指令并通过电机驱动器驱动水平电机、俯仰电机带动测距激光在水平、竖直方向上做旋转摆动运功；
根据测距激光的测距值，水平电机、俯仰电机的旋转角度及所述定位视觉模块消息进行坐标运算，确定所述移动设备所处位置的三维坐标。
可选地，所述定位视觉模块包括：相机、接光屏、视觉图像处理板和无线通讯单元；所述通过定位视觉模块捕获测距激光发出的激光斑点，生成定位视觉模块消息，并将所述定位视觉模块消息发送至控制器包括：
通过所述相机捕获所述测距激光发出的射在所述接光屏上任意一点B点的激光斑点；
当捕获到激光屏上的激光斑点时，通过所述视觉图像处理板对捕获到的B点的激光斑点进行处理，生成定位视觉模块消息，所述定位视觉模块消息包括：B点相对于接光屏正中心A点的水平偏差量m、竖直偏差量n及捕获标识；
通过所述无线通讯单元将所述定位视觉模块消息发送至所述控制器。
可选地，所述确定所述移动设备所处位置的三维坐标包括：
预先在所述移动设备的工作场地确定坐标原点O(0，0，0)建立***坐标系，在***坐标系内测量所述激光定位基站的坐标为O1(xO1,yO1,zO1)，当所述定位视觉模块捕获到激光斑点时，根据下式确定所述移动设备所处位置的三维坐标A(xA,yA,zA)：
[xB,yB,zB]T＝[xO1,yO1,zO1]T+l·[cosβ·cosα,cosβ·sinα,cosβ]T
[xA,yA,zA]T＝[xB,yB,zB]T+[m·cosγ,m·sinγ,n]T
式中，(xA,yA,zA)为接光屏正中心A点在***坐标系中的三维坐标，即为所述移动设备的所处位置，(xB,yB,zB)为B点在***坐标系中的三维坐标，m、n分别为B点相对于接光屏中心A点的水平偏差量、竖直偏差量，α为水平电机的旋转角度，β为俯仰电机的旋转角度，l为测距激光的测距值，γ为所述移动设备航向角。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，通过定位视觉模块捕获测距激光发出的激光斑点，并生成定位视觉模块消息，根据该定位视觉模块消息、测距激光的测距值及水平电机、俯仰电机的旋转角度，通过激光定位基站的控制器建立数学模型进行坐标运算，确定所述移动设备所处位置的三维坐标，这样，利用高精度的水平电机、俯仰电机带动测距激光在水平、竖直二维方向做旋转摆动运动，并结合定位视觉模块消息通过坐标运算对移动设备所处位置进行三维坐标定位，定位的位置信息能够达到毫米级别，定位精度高，且受外界光线、信号传输等干扰影响较小，抗干扰能力强、稳定性高，特别适用于对室内、地下等封闭环境中的移动设备进行定位。
附图说明
图1为本发明实施例提供的移动设备的定位原理平面示意图；
图2为本发明实施例提供的定位视觉模块结构示意图；
图3为本发明实施例提供的定位视觉模块的接光屏正视图；
图4为本发明实施例提供的定位视觉模块工作流程图；
图5为本发明实施例提供的激光定位基站结构示意图；
图6为本发明实施例提供的激光定位基站工作流程图；
图7为本发明实施例提供的激光定位基站参数基准三维图；
图8为本发明实施例提供的激光定位基站控制器设计框图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对现有的定位技术的局限性的问题，提供一种移动设备的定位***。
实施例一
参看图1、图2和图5所示，本发明实施例提供的一种移动设备的定位***，包括：激光定位基站3和安装在所述移动设备1上的定位视觉模块2，所述激光定位基站3包括：测距激光7、水平电机8、俯仰电机6、电机驱动器及控制器；
所述定位视觉模块2，用于捕获所述测距激光7发出的激光斑点，生成定位视觉模块消息，并将所述定位视觉模块消息发送至所述控制器；
所述控制器，用于根据接收到的定位视觉模块消息，通过所述电机驱动器下发控制指令驱动所述水平电机8、俯仰电机6带动所述测距激光7在水平、竖直方向上做旋转摆动运功，并根据测距激光7的测距值，水平电机8、俯仰电机6的旋转角度及接收到的定位视觉模块消息进行坐标运算，确定所述移动设备1所处位置的三维坐标。
本发明实施例所述的移动设备的定位***，通过定位视觉模块2捕获测距激光7发出的激光斑点，并生成定位视觉模块消息，根据该定位视觉模块消息、测距激光7的测距值及水平电机8、俯仰电机6的旋转角度，通过激光定位基站3的控制器建立数学模型进行坐标运算，确定所述移动设备1所处位置的三维坐标，这样，利用高精度的水平电机8、俯仰电机6带动测距激光7在水平、竖直二维方向做旋转摆动运动，并结合定位视觉模块消息通过坐标运算对移动设备1所处位置进行三维坐标定位，定位的位置信息能够达到毫米级别，定位精度高，且受外界光线、信号传输等干扰影响较小，抗干扰能力强、稳定性高，特别适用于对室内、地下等封闭环境中的移动设备1进行定位。
本发明实施例中，将所述定位视觉模块2固定安装在所述移动设备1的一端，激光定位基站3放在在所述移动设备1的工作场地，定位视觉模块2与激光定位基站3之间不能有遮挡，所述控制器通过电机驱动器采集水平电机8、俯仰电机6的旋转角度，并通过所述电机驱动器发送控制指令控制水平电机8、俯仰电机6分别在水平、竖直方向上运动，从而带动所述测距激光7在水平、竖直方向上做旋转摆动运功，基于测距激光7的定向发光、光束集中和测距精准的特性，能够对移动设备1所处位置的进行精确定位。
在前述移动设备的定位***的具体实施方式中，可选地，所述定位视觉模块2包括：相机5、接光屏4、视觉图像处理板和无线通讯单元；
所述相机5，用于捕获所述测距激光7发出的射在所述接光屏4上任意一点B点的激光斑点；
所述视觉图像处理板，用于当捕获到激光屏上的激光斑点时，对捕获到的B点的激光斑点进行处理，生成定位视觉模块消息，所述定位视觉模块消息包括：B点相对于接光屏4正中心A点的水平偏差量m、竖直偏差量n及捕获标识；
所述无线通讯单元，用于将所述定位视觉模块消息发送至所述控制器。
本发明实施例中，参看图2和图3所示，通过相机5捕获测距激光7发出的射在所述接光屏4上任意一点上的激光斑点，为了方便描述，令任意一点为B点，当捕获到激光屏上的激光斑点时，通过视觉图像处理板对捕获到的B点的激光斑点进行处理，生成定位视觉模块消息，所述定位视觉模块消息包括：B点相对于接光屏4正中心A点的水平偏差量m、竖直偏差量n及捕获标识，并通过无线通讯单元将定位视觉模块2生成的所述定位视觉模块消息发送至所述激光定位基站3的控制器。
在前述移动设备的定位***的具体实施方式中，可选地，按照预设的时间间隔，通过所述无线通讯单元向所述控制器发送定位视觉模块消息，所述控制器根据接收到的所述定位视觉模块消息控制水平电机8、俯仰电机6的运动，若接光屏4上无激光斑点，所述定位视觉模块消息包括：未捕获标识。
本发明实施例中，参看图4所示，所述定位视觉模块2可以每隔t时间(毫秒级)，例如，2毫秒，通过无线通讯单元向所述激光定位基站3的控制器发送定位视觉模块消息，所述控制器根据接收到的所述定位视觉模块消息控制水平电机8、俯仰电机6的运动，当激光屏上有测距激光7射出的激光斑点时，所述定位视觉模块消息包括：B点相对于接光屏4正中心A点的水平偏差量m、竖直偏差量n及捕获标识；当接光屏4上没有测距激光7射出的激光斑点时，所述定位视觉模块消息包括：未捕获标识，并将未捕获标识通过无线通讯单元发送至所述激光定位基站3的控制器。
在前述移动设备的定位***的具体实施方式中，可选地，当所述控制器接收到定位视觉模块消息包括捕获标识时，通过电机驱动器下发控制器发出的控制指令驱动所述水平电机8和俯仰电机6的运动，通过水平电机8、俯仰电机6的运动带动测距激光7在水平方向和竖直方向上做旋转摆动运功使测距激光7发出的激光斑点向接光屏4的正中心A点移动；
当所述控制器接收到定位视觉模块消息包括未捕获标识时，通过电机驱动器下发控制器发出的控制指令驱动所述水平电机8和俯仰电机6带动测距激光7在朝向所述移动设备1的方向做W型扫描运动；
本发明实施例中，所述控制器根据接收到所述定位视觉模块消息控制所述水平电机8和俯仰电机6的运动，参看图5和图6所示，当所述控制器接收到定位视觉模块消息包括未捕获标识时，控制器发出控制指令，通过电机驱动器驱动电机(水平电机8、俯仰电机6)带动测距激光7在朝向所述移动设备1(例如，车辆)的方向做W型扫描运动；当所述控制器接收到定位视觉模块消息包括捕获标识时，通过电机驱动器下发控制器发出的控制指令驱动所述水平电机8和俯仰电机6的运动，通过水平电机8、俯仰电机6的运动带动测距激光7在水平方向和竖直方向上做旋转摆动运功使测距激光7发出的激光斑点向接光屏4的正中心A点移动的运动，这样，通过激光斑点向接光屏4的正中心A点移动能够保证激光定位基站3的设备在行驶过程中能够实时采集定位视觉模块消息，完成对移动设备1连续的精确定位，发送当前坐标指导移动设备行驶。
在前述移动设备的定位***的具体实施方式中，可选地，预先在所述移动设备1的工作场地确定坐标原点O(0，0，0)建立***坐标系，在***坐标系内测量所述激光定位基站3的坐标为O1(xO1,yO1,zO1)，当所述定位视觉模块2捕获到激光斑点时，根据下式确定所述移动设备1所处位置的三维坐标A(xA,yA,zA)：
[xB,yB,zB]T＝[xO1,yO1,zO1]T+l·[cosβ·cosα,cosβ·sinα,cosβ]T
[xA,yA,zA]T＝[xB,yB,zB]T+[m·cosγ,m·sinγ,n]T
式中，(xA,yA,zA)为接光屏4正中心A点在***坐标系中的三维坐标，即为所述移动设备1的所处位置，(xB,yB,zB)为B点在***坐标系中的三维坐标，m、n分别为B点相对于接光屏4中心A点的水平偏差量、竖直偏差量，α为水平电机8的旋转角度，β为俯仰电机6的旋转角度，l为测距激光7的测距值，γ为所述移动设备1航向角。
本发明实施例中，参见图7所示，预先在所述移动设备1工作场地选择适当的坐标原点O(0，0，0)建立整个工作场地的***坐标系，在***坐标系内测量所述激光定位基站3的坐标O1(xO1,yO1,zO1)，激光定位基站3坐标系O1x1y1z1三维转换示意图。
本发明实施例中，为了对所述移动设备1所处位置进行测量，需开启激光定位基站3接收定位视觉模块2发来的定位视觉模块消息，若所述定位视觉模块消息包括：未捕获标识，则所述控制器发出控制指令使水平电机8、俯仰电机6在朝向移动设备1方向的某一范围内以适当的角速度来回摆动，带动测距激光7发出的激光束呈W形扫描，当有激光斑点扫过接光屏4上任意一点B点，通过相机5捕获到所述激光斑点，根据所述激光斑点生成定位视觉模块消息，所述定位视觉模块消息包括：捕获标识、B点相对于接光屏4正中心A点的水平偏差量m、竖直偏差量n，并将所述定位视觉模块消息发送给激光定位基站3的控制器，控制器同时还接收移动设备1的航向角γ。
本发明实施例中，控制器根据采集到测距激光7的测距值、水平电机8、俯仰电机6的旋转角度，接收到的移动设备1的航向角，并结合所述定位视觉模块消息，进行坐标计算，确定所述移动设备1所处位置的三维坐标。具体的，当定位视觉模块2捕获到接光屏4上任意一点B处的激光斑点时，根据式(1)确定所述移动设备1所处位置的三维坐标A(xA,yA,zA)：
[xB,yB,zB]T＝[xO1,yO1,zO1]T+l·[cosβ·cosα,cosβ·sinα,cosβ]T
[xA,yA,zA]T＝[xB,yB,zB]T+[m·cosγ,m·sinγ,n]T     式(1)
式(1)中，(xO1,yO1,zO1)为激光定位基站3在***坐标系中的三维坐标；(xB,yB,zB)为B在***坐标系中的三维坐标；(xA,yA,zA)为接光屏4中心点A在***坐标系中的三维坐标，，即为所述移动设备1的所处位置的坐标A(xA,yA,zA)；参看图7所示，α为水平电机8的旋转角度，激光束在O1x1y1z1***坐标系中与O1x1轴线夹角；β为俯仰电机6的旋转角度，激光束在O1x1y1z1***坐标系中与O1x1y1平面的夹角；l为测距激光7的测距值；γ为移动设备1航向角，移动方向在水平面内与Ox轴线夹角；m、n分别为B点相对于接光屏4中心A点的水平偏差量、竖直偏差量。相对于GPS定位***、机器视觉定位技术、航迹推算定位技术，本发明的定位***在使用高精度的水平电机8、俯仰电机6、测距激光7的情况下，定位精度能达到厘米级，甚至是毫米级别，定位误差小，定位精度高，且本发明的定位***特别适用于对室内、地下等封闭环境中的移动设备1进行定位，受外界光线、信号传输等干扰影响较小、抗干扰能力强、稳定性高。
本发明实施例中，定位视觉模块2可以每隔t时间(毫秒级)，例如，3毫秒，通过无线通讯单元向所述激光定位基站3的控制器发送定位视觉模块消息，激光定位基站3根据再次接收到的定位视觉模块消息，循环如上所述的运动和计算公式，式(1)计算简单，计算量小，并且计算过程中每一次计算的坐标不受之前坐标的影响，不会产生累计误差。
在前述移动设备的定位***的具体实施方式中，可选地，按照下式确定B点的三维坐标在***坐标系中的计算误差△xB、△yB、△zB：
△xB＝xB-[(xO1+△xO1)+(l+△l)·cos(β+△β)·cos(α+△α)]
△yB＝yB-[(yO1+△yO1)+(l+△l)·cos(β+△β)·sin(α+△α)]
△zB＝zB-[(zO1+△zO1)+(l+△l)·cos(β+△β)]
式中，△xO1、△yO1、△zO1为所述激光定位基站3的坐标在***坐标系中的误差，△α、△β分别为水平电机8、俯仰电机6的旋转误差，△l为测距激光7的测量误差；
根据B点的三维坐标在***坐标系中的计算误差△xB、△yB、△zB，确定所述移动设备1所处位置的坐标误差△A(△xA,△yA,△zA)，即接光屏4正中心A点的三维坐标在***坐标系中的计算误差△xA、△yA、△zA：
△xA＝xA-[(xB+△xB)+(m+△m)·cos(γ+△γ)]
△yA＝yA-[(yB+△yB)+(m+△m)·sin(γ+△γ)]
△zA＝zA-[(zB+△zB)+(n+△n)]
式中，△m、△n分别为所述定位视觉模块2处理的B点相对于接光屏4正中心A点的水平偏差量、竖直偏差量的误差，△γ为所述移动设备1航向角的误差。
本发明实施例中，还对式(1)计算出的所述移动设备1所处位置的三维坐标进行误差分析，首先，通过式(2)确定B点的三维坐标在***坐标系中的计算误差△xB、△yB、△zB：
△xB＝xB-[(xO1+△xO1)+(l+△l)·cos(β+△β)·cos(α+△α)]
△yB＝yB-[(yO1+△yO1)+(l+△l)·cos(β+△β)·sin(α+△α)]
△zB＝zB-[(zO1+△zO1)+(l+△l)·cos(β+△β)]     式(2)
式(2)中，△xO1、△yO1、△zO1为测量的所述激光定位基站3的坐标在***坐标系中的误差；△α、△β分别为水平电机8、俯仰电机6的旋转误差，△l为测距激光7的测量误差；
根据B点的三维坐标在***坐标系中的计算误差△xB、△yB、△zB，结合接光屏4正中心A点的三维坐标，通过式(3)确定所述移动设备1所处位置的坐标误差△A(△xA,△yA,△zA)，即接光屏4正中心A点的三维坐标在***坐标系中的计算误差△xA、△yA、△zA：
△xA＝xA-[(xB+△xB)+(m+△m)·cos(γ+△γ)]
△yA＝yA-[(yB+△yB)+(m+△m)·sin(γ+△γ)]
△zA＝zA-[(zB+△zB)+(n+△n)]     式(3)
式(3)中，△m、△n分别为所述定位视觉模块2处理的B点相对于接光屏4正中心A点的水平偏差量、竖直偏差量的误差，△γ为所述移动设备1航向角的误差。本发明实施例中，定位视觉模块2可以每隔t时间(毫秒级)，例如，2毫秒，通过无线通讯单元向所述激光定位基站3的控制器发送定位视觉模块消息，激光定位基站3根据再次接收到的定位视觉模块消息，循环式(3)的运算，确定所述移动设备1所处位置的坐标误差。
在前述移动设备的定位***的具体实施方式中，可选地，所述控制器采用DSP和ARM双核结构；
所述ARM结构，用于与所述定位视觉模块2进行通讯获取所述定位视觉模块消息，并采集所述测距激光7的测距值；
所述DSP结构，用于采集水平电机8及俯仰电机6的旋转角度信息，并结合ARM结构发送的测距激光7的测距值及定位视觉模块消息，确定所述移动设备1所处位置的三维坐标，同时通过所述电机驱动器发送控制命令驱动所述水平电机8及俯仰电机6的运动。
本发明实施例中，参看图8所示，所述控制器采用DSP+ARM双核结构，其中，所述控制器采用ARM芯片作为协处理器连接有串口接口、无线通讯单元、CAN接口，ARM芯片通过串口接口采集测距激光7的测距值，通过无线通讯单元与定位视觉模块2通讯获取定位视觉模块消息，并通过CAN接口与DSP芯片进行通信，将采集测距激光7的测距值、接收的定位视觉模块消息传输给DSP芯片。
本发明实施例中，所述控制器可以采用TI公司的32位浮点型DSP芯片TMS320F28335作为主处理器，最高工作频率150MHz，指令周期约为6.67ns，完全能够满足本发明定位***的计算复杂度。DSP芯片连接有伺服驱动接口、编码器输入接口、GPIO接口、CAN接口，通过伺服驱动接口向水平电机8、俯仰电机6发送控制指令驱动所述水平电机8、俯仰电机6的运动，通过编码器输入接口采集水平电机8、俯仰电机6的旋转角度信息，通过CAN接口与ARM芯片进行通信，同时能够根据采集的所述水平电机8、俯仰电机6的旋转角度信息，并结合ARM芯片发送的测距激光7的测距值及定位视觉模块消息，确定所述移动设备1所处位置的三维坐标。
实施例二
本发明还提供一种移动设备的定位方法的具体实施方式，由于本发明提供的移动设备的定位方法与前述移动设备的定位***的具体实施方式相对应，该移动设备的定位方法可以通过执行上述方法具体实施方式中的流程步骤来实现本发明的目的，因此上述移动设备的定位***具体实施方式中的解释说明，也适用于本发明提供的移动设备的定位方法的具体实施方式，在本发明以下的具体实施方式中将不再赘述。
本发明实施例还提供一种移动设备的定位方法，包括：
通过定位视觉模块2捕获测距激光7发出的激光斑点，生成定位视觉模块消息，并将所述定位视觉模块消息发送至控制器；
根据所述定位视觉模块消息，由控制器生成控制指令并通过电机驱动器驱动水平电机8、俯仰电机6带动测距激光7在水平、竖直方向上做旋转摆动运功；
根据测距激光7的测距值，水平电机8、俯仰电机6的旋转角度及所述定位视觉模块消息进行坐标运算，确定所述移动设备1所处位置的三维坐标。
本发明实施例所述的移动设备的定位方法，通过定位视觉模块2捕获测距激光7发出的激光斑点，并生成定位视觉模块消息，根据该定位视觉模块消息、测距激光7的测距值及水平电机8、俯仰电机6的旋转角度，通过激光定位基站3的控制器建立数学模型进行坐标运算，确定所述移动设备1所处位置的三维坐标，这样，利用高精度的水平电机8、俯仰电机6带动测距激光7在水平、竖直二维方向做旋转摆动运动，并结合定位视觉模块消息通过坐标运算对移动设备1所处位置进行三维坐标定位，定位的位置信息能够达到毫米级别，定位精度高，且受外界光线、信号传输等干扰影响较小，抗干扰能力强、稳定性高，特别适用于对室内、地下等封闭环境中的移动设备1进行定位。
在前述移动设备的定位方法的具体实施方式中，可选地，所述定位视觉模块2包括：相机5、接光屏4、视觉图像处理板和无线通讯单元；所述通过定位视觉模块2捕获测距激光7发出的激光斑点，生成定位视觉模块消息，并将所述定位视觉模块消息发送至控制器包括：
通过所述相机5捕获所述测距激光7发出的射在所述接光屏4上任意一点B点的激光斑点；
当捕获到激光屏上的激光斑点时，通过所述视觉图像处理板对捕获到的B点的激光斑点进行处理，生成定位视觉模块消息，所述定位视觉模块消息包括：B点相对于接光屏4正中心A点的水平偏差量m、竖直偏差量n及捕获标识；
通过所述无线通讯单元将所述定位视觉模块消息发送至所述控制器。
在前述移动设备的定位方法的具体实施方式中，可选地，所述确定所述移动设备1所处位置的三维坐标包括：
预先在所述移动设备1的工作场地确定坐标原点O(0，0，0)建立***坐标系，在***坐标系内测量所述激光定位基站3的坐标为O1(xO1,yO1,zO1)，当所述定位视觉模块2捕获到激光斑点时，根据下式确定所述移动设备1所处位置的三维坐标A(xA,yA,zA)：
[xB,yB,zB]T＝[xO1,yO1,zO1]T+l·[cosβ·cosα,cosβ·sinα,cosβ]T
[xA,yA,zA]T＝[xB,yB,zB]T+[m·cosγ,m·sinγ,n]T
式中，(xA,yA,zA)为接光屏4正中心A点在***坐标系中的三维坐标，即为所述移动设备1的所处位置，(xB,yB,zB)为B点在***坐标系中的三维坐标，m、n分别为B点相对于接光屏4中心A点的水平偏差量、竖直偏差量，α为水平电机8的旋转角度，β为俯仰电机6的旋转角度，l为测距激光7的测距值，γ为所述移动设备1航向角。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种移动设备的定位***，其特征在于，包括：激光定位基站和安装在所述移动设备上的定位视觉模块，所述激光定位基站包括：测距激光、水平电机、俯仰电机、电机驱动器及控制器；
所述定位视觉模块，用于捕获所述测距激光发出的激光斑点，生成定位视觉模块消息，并将所述定位视觉模块消息发送至所述控制器；
所述控制器，用于根据接收到的定位视觉模块消息，通过所述电机驱动器下发控制指令驱动所述水平电机、俯仰电机带动所述测距激光在水平、竖直方向上做旋转摆动运功，并根据测距激光的测距值，水平电机、俯仰电机的旋转角度及接收到的定位视觉模块消息进行坐标运算，确定所述移动设备所处位置的三维坐标。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述定位视觉模块包括：相机、接光屏、视觉图像处理板和无线通讯单元；
所述相机，用于捕获所述测距激光发出的射在所述接光屏上任意一点B点的激光斑点；
所述视觉图像处理板，用于当捕获到激光屏上的激光斑点时，对捕获到的B点的激光斑点进行处理，生成定位视觉模块消息，所述定位视觉模块消息包括：B点相对于接光屏正中心A点的水平偏差量m、竖直偏差量n及捕获标识；
所述无线通讯单元，用于将所述定位视觉模块消息发送至所述控制器。
3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，按照预设的时间间隔，通过所述无线通讯单元向所述控制器发送定位视觉模块消息，所述控制器根据接收到的所述定位视觉模块消息控制水平电机、俯仰电机的运动，若接光屏上无激光斑点，所述定位视觉模块消息包括：未捕获标识。
4.根据权利要求2所述的***，其特征在于，当所述控制器接收到定位视觉模块消息包括捕获标识时，通过电机驱动器下发控制器发出的控制指令驱动所述水平电机和俯仰电机的运动，通过水平电机、俯仰电机的运动带动测距激光在水平方向和竖直方向上做旋转摆动运功使测距激光发出的激光斑点向接光屏的正中心A点移动；
当所述控制器接收到定位视觉模块消息包括未捕获标识时，通过电机驱动器下发控制器发出的控制指令驱动所述水平电机和俯仰电机带动测距激光在朝向所述移动设备的方向做W型扫描运动。
5.根据权利要求2所述的***，其特征在于，预先在所述移动设备的工作场地确定坐标原点O(0，0，0)建立***坐标系，在***坐标系内测量所述激光定位基站的坐标为O1(xO1,yO1,zO1)，当所述定位视觉模块捕获到激光斑点时，根据下式确定所述移动设备所处位置的三维坐标A(xA,yA,zA)：
[xB,yB,zB]T＝[xO1,yO1,zO1]T+l·[cosβ·cosα,cosβ·sinα,cosβ]T
[xA,yA,zA]T＝[xB,yB,zB]T+[m·cosγ,m·sinγ,n]T
式中，(xA,yA,zA)为接光屏正中心A点在***坐标系中的三维坐标，即为所述移动设备的所处位置，(xB,yB,zB)为B点在***坐标系中的三维坐标，m、n分别为B点相对于接光屏中心A点的水平偏差量、竖直偏差量，α为水平电机的旋转角度，β为俯仰电机的旋转角度，l为测距激光的测距值，γ为所述移动设备航向角。
6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，按照下式确定B点的三维坐标在***坐标系中的计算误差△xB、△yB、△zB：
△xB＝xB-[(xO1+△xO1)+(l+△l)·cos(β+△β)·cos(α+△α)]
△yB＝yB-[(yO1+△yO1)+(l+△l)·cos(β+△β)·sin(α+△α)]
△zB＝zB-[(zO1+△zO1)+(l+△l)·cos(β+△β)]
式中，△xO1、△yO1、△zO1为所述激光定位基站的坐标在***坐标系中的误差，△α、△β分别为水平电机、俯仰电机的旋转误差，△l为测距激光的测量误差；
根据B点的三维坐标在***坐标系中的计算误差△xB、△yB、△zB，确定所述移动设备所处位置的坐标误差△A(△xA,△yA,△zA)，即接光屏正中心A点的三维坐标在***坐标系中的计算误差△xA、△yA、△zA：
△xA＝xA-[(xB+△xB)+(m+△m)·cos(γ+△γ)]
△yA＝yA-[(yB+△yB)+(m+△m)·sin(γ+△γ)]
△zA＝zA-[(zB+△zB)+(n+△n)]
式中，△m、△n分别为所述定位视觉模块处理的B点相对于接光屏正中心A点的水平偏差量、竖直偏差量的误差，△γ为所述移动设备航向角的误差。
7.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述控制器采用DSP和ARM双核结构；
所述ARM结构，用于与所述定位视觉模块进行通讯获取所述定位视觉模块消息，并采集所述测距激光的测距值；
所述DSP结构，用于采集水平电机及俯仰电机的旋转角度信息，并结合ARM结构发送的测距激光的测距值及定位视觉模块消息，确定所述移动设备所处位置的三维坐标，同时通过所述电机驱动器发送控制命令驱动所述水平电机及俯仰电机的运动。
8.一种移动设备的定位方法，其特征在于，包括：
通过定位视觉模块捕获测距激光发出的激光斑点，生成定位视觉模块消息，并将所述定位视觉模块消息发送至控制器；
根据所述定位视觉模块消息，由控制器生成控制指令并通过电机驱动器驱动水平电机、俯仰电机带动测距激光在水平、竖直方向上做旋转摆动运功；
根据测距激光的测距值，水平电机、俯仰电机的旋转角度及所述定位视觉模块消息进行坐标运算，确定所述移动设备所处位置的三维坐标。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述定位视觉模块包括：相机、接光屏、视觉图像处理板和无线通讯单元；所述通过定位视觉模块捕获测距激光发出的激光斑点，生成定位视觉模块消息，并将所述定位视觉模块消息发送至控制器包括：
通过所述相机捕获所述测距激光发出的射在所述接光屏上任意一点B点的激光斑点；
当捕获到激光屏上的激光斑点时，通过所述视觉图像处理板对捕获到的B点的激光斑点进行处理，生成定位视觉模块消息，所述定位视觉模块消息包括：B点相对于接光屏正中心A点的水平偏差量m、竖直偏差量n及捕获标识；
通过所述无线通讯单元将所述定位视觉模块消息发送至所述控制器。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述确定所述移动设备所处位置的三维坐标包括：
预先在所述移动设备的工作场地确定坐标原点O(0，0，0)建立***坐标系，在***坐标系内测量所述激光定位基站的坐标为O1(xO1,yO1,zO1)，当所述定位视觉模块捕获到激光斑点时，根据下式确定所述移动设备所处位置的三维坐标A(xA,yA,zA)：
[xB,yB,zB]T＝[xO1,yO1,zO1]T+l·[cosβ·cosα,cosβ·sinα,cosβ]T
[xA,yA,zA]T＝[xB,yB,zB]T+[m·cosγ,m·sinγ,n]T
式中，(xA,yA,zA)为接光屏正中心A点在***坐标系中的三维坐标，即为所述移动设备的所处位置，(xB,yB,zB)为B点在***坐标系中的三维坐标，m、n分别为B点相对于接光屏中心A点的水平偏差量、竖直偏差量，α为水平电机的旋转角度，β为俯仰电机的旋转角度，l为测距激光的测距值，γ为所述移动设备航向角。
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