精确定位系统及其基站及自移动机器人系统技术方案

本发明专利技术涉及一种室外机器人的高精度定位系统，包括：基站和设置在机器人上的移动站。基站包括第一天线、第一控制模块和第一通信模块；基站通过第一天线接收卫星定位系统所发射的射频信号，且生成定位参考数据传输给移动站。移动站通过第二天线接收卫星定位系统所发射的射频信号，且接收基站所传输的定位参考数据，从而获得移动站的精确定位数据。基站还包括天线位置调整装置，天线位置调整装置可调整地设定第一天线的位置。基站还包括天线位置指示装置，用于提示第一天线理想安装位置或理想高度。本发明专利技术的有益效果是：使得移动站和基站共星数量大于等于预定数量，提高高精度定位系统工作的可靠性。

Accurate positioning system and base station and mobile robot system thereof

The invention relates to a high-precision positioning system of an outdoor robot, which comprises a base station and a mobile station arranged on the robot. The base station comprises a first antenna, a first control module and a first communication module, wherein the base station receives the radio frequency signal emitted by the satellite positioning system through the first antenna, and generates the positioning reference data to the mobile station. The mobile station receives the radio frequency signal transmitted by the satellite positioning system through the second antenna, and receives the positioning reference data transmitted by the base station so as to obtain the accurate positioning data of the mobile station. The base station also comprises an antenna position adjustment device, and the antenna position adjustment device can adjust the position of the first antenna. The base station also comprises an antenna position indicating device for indicating the ideal installation position or the ideal height of the first antenna. The invention has the advantages that the number of the common stars of the mobile station and the base station is larger than or equal to the predetermined quantity, and the reliability of the high-precision positioning system is improved.

【技术实现步骤摘要】
精确定位系统及其基站及自移动机器人系统
本专利技术涉及一种室外机器人的精确定位系统，尤其涉及一种利用卫星定位技术进行室外机器人的精确定位系统。本专利技术还涉及一种用于室外机器人精确定位的基站。本专利技术还涉及一种利用卫星定位技术进行精确定位的自移动机器人系统。
技术介绍
目前，随着科技的发展，室外机器人的应用越来越广泛。如智能割草机可以自动地帮助人们维护草坪，将人们从草坪维护的枯燥且费时费力的家务工作中解放出来，因此受到极大欢迎。室外机器人执行功能任务过程中，无需用户的操作，这就要求室外机器人有很好地定位功能，使其能够在工作区域内自移动。为了解决室外机器人定位问题，本领域技术人员做过多方尝试。专利US6445983，公开一种自主导航系统，能在视觉导航模式和GPS导航模式间切换的机器人系统，揭示了GPS系统，陀螺仪系统，视觉系统的综合运用。专利US7840352公开一种自动导航系统，揭示并保护了GPS导航，惯性导航和视觉导航的综合系统。在这两个专利中都使用GPS定位技术，但是都试图从GPS装置输出的数据中得到准确的定位信息。但是，GPS定位数据包含了难以避免的误差，其中包括系统误差，比如卫星和接收机的时钟差，星历误差，电离层和对流层延迟误差等，还包括跟接收机本身有关的随即误差。因此，基于单独的GPS定位数据只能达到1-5米以上的定位精度，正是这样的原因，自动导航系统都必须包括其他的定位导航方式来弥补GPS定位数据的不准确。采用其他的定位导航方式，势必需要增加室外机器人系统的定位成本。而且，由于采用不同的定位导航方式，所得到的数据需要进行融合以实现互补。在现有技术水平下，较好的融合算法的研发和实现还是一个难题。因此，目前很多室外移动机器人采用地面差分修正定位原理来协助修正GPS定位数据的不准确性。采用地面差分修正定位原理的定位系统，可以将定位精度提高至分米级。采用地面差分修正定位原理的定位系统，一般包括基站和移动站。基站可固定设置在室外的某一预设地点，接收卫星定位系统所发射的射频信号，为移动站的定位提供参考。移动站设置在移动机器人上，接收卫星定位系统所发射的射频信号和基站的参考数据，获得相对基站位置的精确定位信息。采用地面差分修正定位原理的定位系统能够正常工作的前提是，基站和移动站必须至少共同接收卫星定位系统中的预定数量的相同卫星所发射的射频信号。当基站与移动站所接收的卫星定位系统中的相同卫星数量不满足预定数量时，基站无法为移动站提供足够的参考数据，采用地面差分修正定位原理的定位系统就发生失效。由于室外存在许多建筑物、树木、高大的障碍物等情况，移动站或基站所能接收卫星信号的接收角度会被遮挡，导致在室外的某些位置，移动站和基站无法实现共星数量达到预定数量。室外机器人以智能割草机为例，智能割草机在房屋四周的草坪上自移动和自工作。房屋通常为两层建筑楼，高度范围为5米到8米，在房屋周边1米范围内设有为智能割草机提供电能的充电站。当基站设置在充电站上时，基站所能接收卫星信号的接收角度就会一直被遮挡，从而导致移动站和基站共星数量达到预定数量的概率降低。当移动站运动至房屋或其他障碍物附近时，移动站所能接收卫星信号的接收角度也会被遮挡。此时，移动站和基站就很容易无法达到共星的预定数量，智能割草机就无法利用地面差分修正定位原理获得精准的定位信息。因此，在采用地面差分修正定位原理的室外机器人精准定位系统中，如何保障移动站和基站共星的数量达到预定数量，确保地面差分修正定位始终有效，成为目前亟需解决的技术问题。另一个问题为，为了实现室外机器人限定范围内防止出线的功能，需要对室外机器人进行定位。通常，使室外机器人的充电站和室外机器人通讯连接，充电站和室外机器人还与卫星通讯连接以获得各自的位置信息，充电站将该位置信息发送给室外机器人，室外机器人可通过计算得出自己的精确坐标，确定其是否超出限定范围。充电站和室外机器人上分别设有DGPS(DifferentialGlobalPositioningSystem，即差分全球定位系统)基站和DGPS移动站实现通讯。然而，现有的通讯方式，当室外机器人行驶到障碍物附近时，通讯信号大大减弱，这时室外机器人的定位精度将大大降低。另一个问题为，室外机器人安装有卫星导航装置，通常卫星导航装置可以定位并引导室外机器人执行工作任务。但单独的卫星导航装置其接收的卫星信号产生的定位坐标因卫星本身的误差、传播途径产生的误差会出现较大偏差，在执行工作任务时会导致路径发生偏移，从而降低工作效率。为此，通常在室外机器人的边界线附近设置有基站，基站可根据接收的卫星导航信号计算出对应的偏差修正数，室外机器人的卫星导航装置在接收到此偏差修正数时可以提高定位的准确性。但是，设置基站并不能保证修正数可以被准确的发送至室外机器人，尤其是当室外机器人与基站之间有障碍物时，比如树木等有形障碍物。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，保障移动站和基站共星的数量达到预定数量，确保地面差分修正定位始终有效。本专利技术的一种实施例中，解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种室外机器人的精确定位系统，包括：基站，包括第一天线、第一控制模块和第一通信模块；所述第一天线通信连接所述第一控制模块，所述第一通信模块通信连接所述第一控制模块；设置于所述机器人上的移动站，包括第二天线、第二控制模块和第二通信模块；所述第二天线通信连接所述第二控制模块，所述第二通信模块通信连接所述第二控制模块；所述第一天线接收卫星定位系统所发射的射频信号，所述第一控制模块接收所述第一天线接收到的射频信号、处理生成定位参考数据，且将所述定位参考数据传输给所述第一通信模块，所述第一通信模块将所述定位参考数据传输给所述移动站；所述第二通信模块接收所述定位参考数据，并将所述定位参考数据传输给所述第二控制模块，所述第二天线接收卫星定位系统所发射的射频信号且将所接收的射频信号传输给所述第二控制模块，所述第二控制模块根据所述定位参考数据和所述第二天线接收的射频信号按照预定算法获得所述移动站的精确定位数据；其中，所述基站包括天线位置调整装置，所述天线位置调整装置可调整地设定所述第一天线的位置，使得所述机器人在室外的工作区域内至少大部分位置移动的过程中，所述移动站的第二天线和所述基站的第一天线共同接收所述卫星定位系统中的卫星数量大于等于预定数量。优选的，所述预定数量包括大于等于4。优选的，所述预定数量为6。优选的，所述基站包括相互分离的基站本体和天线组件，所述基站本体包括所述第一控制模块和第一通信模块，所述天线组件包括壳体和所述第一天线，所述第一天线与所述第一控制模块由电缆电性连接。优选的，所述天线位置调整装置包括安装座，所述安装座与所述壳体连接，所述安装座将所述第一天线安装于设定的位置。优选的，所述安装座包括吸盘结构、挂架结构、卡扣结构、螺钉固定结构中的至少一种。优选的，所述天线位置调整装置为伸缩杆，所述伸缩杆一端连接所述壳体、另一端连接至所述基站本体。优选的，所述伸缩杆设有高度调节结构，所述高度调节结构可调节地设定所述伸缩杆的高度。优选的，所述伸缩杆的最大高度大于等于0.5米。优选的，所述基站包括天线位置指示装置，所述天线位置指示装置包括用于提醒用户的信息提示单元，在所述第一天线不满足与所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种室外机器人的精确定位系统，包括：基站，包括第一天线、第一控制模块和第一通信模块；所述第一天线通信连接所述第一控制模块，所述第一通信模块通信连接所述第一控制模块；设置于所述机器人上的移动站，包括第二天线、第二控制模块和第二通信模块；所述第二天线通信连接所述第二控制模块，所述第二通信模块通信连接所述第二控制模块；所述第一天线接收卫星定位系统所发射的射频信号，所述第一控制模块接收所述第一天线接收到的射频信号、处理生成定位参考数据，且将所述定位参考数据传输给所述第一通信模块，所述第一通信模块将所述定位参考数据传输给所述移动站；所述第二通信模块接收所述定位参考数据，并将所述定位参考数据传输给所述第二控制模块，所述第二天线接收卫星定位系统所发射的射频信号且将所接收的射频信号传输给所述第二控制模块，所述第二控制模块根据所述定位参考数据和所述第二天线接收的射频信号按照预定算法获得所述移动站的精确定位数据；其特征在于，所述基站包括天线位置调整装置，所述天线位置调整装置可调整地设定所述第一天线的位置，使得所述机器人在室外的工作区域内至少大部分位置移动的过程中，所述移动站的第二天线和所述基站的第一天线共同接收所述卫星定位系统中的卫星数量大于等于预定数量。...

【技术特征摘要】
2016.03.03 CN 2016101208947;2016.06.13 CN 201610411.一种室外机器人的精确定位系统，包括：基站，包括第一天线、第一控制模块和第一通信模块；所述第一天线通信连接所述第一控制模块，所述第一通信模块通信连接所述第一控制模块；设置于所述机器人上的移动站，包括第二天线、第二控制模块和第二通信模块；所述第二天线通信连接所述第二控制模块，所述第二通信模块通信连接所述第二控制模块；所述第一天线接收卫星定位系统所发射的射频信号，所述第一控制模块接收所述第一天线接收到的射频信号、处理生成定位参考数据，且将所述定位参考数据传输给所述第一通信模块，所述第一通信模块将所述定位参考数据传输给所述移动站；所述第二通信模块接收所述定位参考数据，并将所述定位参考数据传输给所述第二控制模块，所述第二天线接收卫星定位系统所发射的射频信号且将所接收的射频信号传输给所述第二控制模块，所述第二控制模块根据所述定位参考数据和所述第二天线接收的射频信号按照预定算法获得所述移动站的精确定位数据；其特征在于，所述基站包括天线位置调整装置，所述天线位置调整装置可调整地设定所述第一天线的位置，使得所述机器人在室外的工作区域内至少大部分位置移动的过程中，所述移动站的第二天线和所述基站的第一天线共同接收所述卫星定位系统中的卫星数量大于等于预定数量。2.根据权利要求1所述的室外机器人的精确定位系统，其特征在于，所述预定数量包括大于等于4。3.根据权利要求2所述的室外机器人的精确定位系统，其特征在于，所述预定数量为6。4.根据权利要求1所述的室外机器人的精确定位系统，其特征在于，所述基站包括相互分离的基站本体和天线组件，所述基站本体包括所述第一控制模块和第一通信模块，所述天线组件包括壳体和所述第一天线，所述第一天线与所述第一控制模块由电缆电性连接。5.根据权利要求4所述的室外机器人的精确定位系统，其特征在于，所述天线位置调整装置包括安装座，所述安装座与所述壳体连接，所述安装座将所述第一天线安装于设定的位置。6.根据权利要求5所述的室外机器人的精确定位系统，其特征在于，所述设定的位置包括墙体外侧。7.根据权利要求6所述的室外机器人的精确定位系统，其特征在于，所述壳体包括安装支架，所述安装支架的一端与所述安装座连接，另一端与所述第一天线连接，使所述第一天线由墙体外侧向外且向上延伸。8.根据权利要求7所述的室外机器人的精确定位系统，其特征在于，所述安装支架包括至少两个子支架，所述子支架首尾相连。9.根据权利要求7所述的室外机器人的精确定位系统，其特征在于，所述安装支架包括向外延伸的第一部分和向上延伸的第二部分，以及调节机构，所述第二部分通过所述调节机构相对所述第一部分转动。10.根据权利要求7所述的室外机器人的精确定位系统，其特征在于，所述安装支架连接安装座的一端固定。11.根据权利要求7所述的室外机器人的精确定位系统，其特征在于，所述安装支架呈L型。12.根据权利要求5所述的室外机器人的精确定位系统，其特征在于，所述安装座包括吸盘结构、挂架结构、卡扣结构、螺钉固定结构中的至少一种。13.根据权利要求4所述的室外机器人的精确定位系统，其特征在于，所述天线位置调整装置为伸缩杆，所述伸缩杆一端连接所述壳体、另一端连接至所述基站本体。14.根据权利要求13所述的室外机器人的精确定位系统，其特征在于，所述伸缩杆设有高度调节结构，所述高度调节结构可调节地设定所述伸缩杆的高度。15.根据权利要求13所述的室外机器人的精确定位系统，其特征在于，所述伸缩杆的最大高度大于等于0.5米。16.根据权利要求1所述的室外机器人的精确定位系统，其特征在于，所述基站包括天线位置指示装置，所述天线位置指示装置包括用于提醒用户的信息提示单元，在所述第一天线不满足与所述第二天线达到共星的预设数量时，所述信息提示单元输出提醒用户改变所述基站位置或所述第一天线位置的提示信息。17.根据权利要求16所述的室外机器人的精确定位系统，其特征在于，所述提示信息包括声信号、光信号或文字信号。18.根据权利要求17所述的室外机器人的精确定位系统，其特征在于，所述文字信号包括所述第一天线的理想高度值或/和所述第一天线距离信号遮蔽体的理想水平距离值。19.根据权利要求1所述的室外机器人的精确定位系统，其特征在于，所述基站集成在为所述室外机器人提供电能的充电站上。20.根据权利要求1所述的室外机器人的精确定位系统，其特征在于，所述第二控制模块设置差分定位算法，由所述差分定位算法计算获知所述移动站相对所述基站的高精度定位数据。21.根据权利要求1所述的室外机器人的精确定位系统，其特征在于，所述室外机器人为智能割草机。22.根据权利要求1所述的室外机器人的精确定位系统，其特征在于，所述卫星定位系统包括GPS系统、北斗导航系统、GLONASS系统、GALILEO系统中的一种或任意多种的组合。23.根据权利要求22所述的室外机器人的精确定位系统，其特征在于，所述第一天线和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭一云，邵勇，周昶，刘芳世，何明明，吴双龙，
申请(专利权)人：苏州宝时得电动工具有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32