CN103092202B - 一种机器人轨道定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种机器人轨道定位方法，包括：（1）提供机器人轨道定位系统，其进一步包括机器人、至少一条设有缝隙的轨道、安装在机器人上的传感装置、安装在机器人上的里程装置，机器人通过轨道可达到指定位置；（2）将轨道的定位缝隙间距设置成不对称且保证任意两缝隙间距不相等；（3）通过传感装置读取所述机器人所处轨道上的定位缝隙信息，将里程装置中的里程信息与预先设定的定位缝隙之间的间距信息，来获知机器人当前所在的位置信息。本发明旨在用一精度高、可靠的方式完成机器人在水平位置上的定位。相比于激光、视觉、红外、超声、GPS等定位方式，该发明更适合在工厂、变电站等对可靠性要求较高的环境运用。

Description

一种机器人轨道定位方法及系统

技术领域

本发明涉及定位领域，尤其涉及一种精确比较高的机器人轨道定位方法及系统。

背景技术

机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作，目前机器人的发展迅猛，在很多行业都得到了应用。

机器人定位是机器人行走过程中一个很重要的技术点。在申请号为200710168718.1的专利申请中，公开了一种机器人自主定位系统,属于机器人智能控制装置,解决机器人在地下环境作业的高精度自主定位问题。该专利包括安装平台、设置于安装平台上的传感器子系统、数据处理子系统以及电压转换模块;安装平台上部为承载传感器子系统的转台,安装平台下部的固定基座为密封腔式结构,内部安装数据处理子系统和电机驱动模块;传感器子系统包括惯性传感器模块和三维数字罗盘,数据处理子系统包括中央控制器及装载于其内部的数据预处理模块、数据融合模块和航迹推算模块;本发明可用于在煤矿、隧道、溶洞等地下环境工作的智能机器人,如机器人，盾构机,地铁机车等的自主定位,为智能机器人在地下环境完成勘测、探险和搜索等任务提供有效的位姿信息。

这种机器人主要是应用地下环境，因此其考虑定位时还要考虑其地下环境等因素，因此在实现上比较复杂。

现有的机器人定位主要包括红外定位、激光测距定位、GPS定位、超声定位、RFID定位等，其中单纯的红外定位和激光测距定位受环境红外光强影响较大，并且在环境信息发生变化时（例如工作场地上出现障碍物）容易造成定位出现误差，并且容易受环境中灰尘、颗粒的影响；超声定位和RFID定位的精度较低；GPS定位不适合在厂房等室内进行。故现有的定位系统都很难同时实现既能保证定位的准确性，同时又能保证在灰尘较多的室内环境中可靠性。

也就是说，当机器人接近或达到预设目标时，如何实现更精准定位，以便能控制机器人更精准地达到预设位置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精确定位以将机器人达到预先设定位置的机器人轨道定位方法及系统。

本发明所提出的机器人轨道定位系统与现有技术的运用领域完全不同，与现实工作要求结合，致力于开发一种智能移动车及机器人上的新型精确轨道定位系统。当机器人接近目标几米范围内时，通过激光导航进入一条钢轨，在钢轨上每隔一段距离设有宽度5mm的缝隙，通过红外对射管对缝隙进行检测，计算出机器人的准确位置。为防止钢轨缝隙被尘土堵塞造成定位失灵、提高定位系统的可靠性，本发明中将钢轨缝隙的位置设计成非对称型，并由光栅编码器检测机器人的移动距离；通过软件算法可以保证在一条具有N个缝隙的轨道上只要任意2个缝隙没有被灰尘堵塞，定位系统即可正常工作。

一种机器人轨道定位方法，包括：

（1）提供机器人轨道定位系统，其进一步包括机器人、至少一条设有缝隙的轨道、安装在机器人上的传感装置、安装在机器人上的里程装置，机器人通过轨道可达到指定位置；

（2）将轨道的定位缝隙间距设置成不对称且保证任意两缝隙间距不相等；

（3）通过传感装置读取所述机器人所处轨道上的定位缝隙信息，将里程装置中的里程信息与预先设定的定位缝隙之间的间距信息，来获知机器人当前所在的位置信息。

步骤(3)还包括：机器人进入轨道后，通过传感装置检索到所处轨道上的第一个定位缝隙，启动所述里程装置进行里程计数；当传感装置检索到第二个定位缝隙或后续若干定位缝隙时，比对里程装置中的里程信息与预先存储的定位缝隙之间的间距信息，由此获知机器人是否达到预先设定的位置。

本发明还包括：在轨道某些定位缝隙边上距离预先设定的位置点上还设定冗余孔。

本发明还包括：在轨道前端设定的定位缝隙的开隙大小在预先设定的大范围内，在离目标距离预定距离范围内的定位缝隙的开隙大小在预先设定的小范围内。

并且，机器人定位轨道设置在机器人的行走装置之间，并通过定位装置将机器人定位在定位轨道上行走。

一种机器人轨道定位系统，包括机器人、至少一条设有缝隙的轨道、安装在机器人上用于检索所述轨道上缝隙的传感装置、安装在机器人上的里程装置，机器人通过轨道可达到指定位置，并且，

轨道的定位缝隙间距设置成不对称且保证任意两缝隙间距不相等；

机器人上的处理单元，用于通过传感装置读取所述机器人所处轨道上的定位缝隙信息，将里程装置中的里程信息与预先设定的定位缝隙之间的间距信息，来获知机器人当前所在的位置信息。

本发明旨在用一精度高、可靠的方式完成机器人在水平位置上的定位。相比于激光、视觉、红外、超声、GPS等定位方式，该发明更适合在工厂、变电站等对可靠性要求较高的环境运用。

附图说明

图1为机器人主体的三维图；

图2为设有缝隙的轨道的三维图；

图3为孔的信息图；

图4为光栅编码器安装位置示意图；

图5为机器人总装图；

图6为设置有冗余孔信息的孔信息图。

具体实施方式：

实施例

本发明以机器人（开关柜专用操作机器人）为例，来具体说明本发明。

一种机器人轨道定位系统，包括KYN机器人、至少一条设有缝隙的轨道、安装在KYN机器人上用于检索所述轨道上缝隙的传感装置、安装在KYN机器人上的里程装置，KYN机器人通过轨道可达到指定位置，并且，

轨道的定位缝隙间距设置成不对称且保证任意两缝隙间距不相等；

机器人上的处理单元，用于通过传感装置读取所述机器人所处轨道上的定位缝隙信息，将里程装置中的里程信息与预先设定的定位缝隙之间的间距信息，来获知机器人当前所在的位置信息。

应用例

整体采用一台KYN机器人1、一条固定在地面的导轨2组成。当KYN机器人1接近预设目标（固定的机柜）几米时，先进入导轨2；通过检测导轨上预设的缝隙，配合里程计来定位机器人准确的位移，最终使机器人停止在机柜前，保证误差3mm以内的定位精度。

本定位系统主要包括KYN机器人本体1、设有缝隙的轨道2、安装在KYN机器人腹部下方的红外对射传感器、安装在KYN机器人电机轴上的光栅编码器5（为里程单元的其中一种）。

按照设计，在KYN机器人到达指定位置前，会先进入一条2.5米长的钢轨，导轨上每隔0.5米有一个宽度5mm的缝隙。KYN机器人腹部装着对射式红外传感器，当车体运行到轨道上的孔时，红外传感器会输出信号。钢轨的限位确保了机器人在钢轨径向上的定位精度，红外传感器对缝隙的检测保证了机器在轨道轴向上的定位精度。

由于KYN机器人的工作环境位于变电站内，属于灰尘较多、电磁场较复杂的工业环境，如果导轨上的孔被灰尘堵住或者红外传感器受电磁干扰偶尔故障，那么机器人在指定位置就无法正常停下来。

由于考虑到KYN机器人的定位轨道上的缝隙太小，可能在工作场所被灰尘堵住。为了防止这种问题的发生对系统造成的不良影响，改进型方案轨道定位的核心之处就在于，将轨道定位缝隙的间距，设计成不对称型且保证任意两缝隙3间距不相等，如下图3所示。

机器人从孔A方向向孔F方向移动，孔A为机器人进入轨道后遇到的第一个缝隙，孔F为机器人最终应当停止的位置。当车进入轨道后，从检测到的第一个孔开始，里程计（光电码盘）开始计数，当机器人检测到第二个孔时，里程计的计数里程和已知孔的孔间距相互对比，即可知道目前车运行到了哪个孔的位置，这样即便是有几个孔被灰尘堵住，依然不影响机器人工作。

举例说明：假设机器人进入轨道后，孔A已经被堵住，孔B为检测到的第一个孔；此时里程计开始计数，机器人继续向前运行，孔C也已经被堵住，到达孔D的时候，机器人再次检测到了缝隙。这时，将里程计的计数和已知数据相对照，由于任意两个孔孔间距大小各不相同，所以通过查表1对照，即可知道机器人刚才经过的是哪两个孔：

表1

任意两孔	间距（cm）	任意两孔	间距（cm）
				AB	70	BE	140
AC	130	BF	150
				AD	180	CD	50
AE	210	CE	80
				AF	220	CF	90
BC	60	DE	30
				BD	110	DF	40

如上表所示，假设孔A和孔C都被堵住，机器人经过孔B时里程计开始计数，经过孔D时将里程计计数值和表中数据进行对比，由于表中任意两孔间距都不相同，很容易即可算出机器人刚刚经过的两个孔是孔B和孔D。理论上讲，在如图所示的轨道总长度>220cm，分布有6个孔的情况下，只要任意2个孔没有被灰尘堵住，KYN机器人的里程计就可以精确地计算出机器人所处在轨道上的位置，并依照里程计的计数，停在指定的位置。

在这种方案的基础上，我们还可以增加一些提高可靠性的冗余设计：比如将轨道前端的孔A、孔B、孔C旁边各加上1个相距很近的孔——孔A'、孔B'、和C'，红外传感器检测到孔A和孔A'当中任意一个即认为是孔A；或者将孔A、孔B和孔C设计的非常大，以保证其不会被灰尘堵住，以提高系统的可靠性。如下图6所示。

在实际工作时，当机器人检测到有某孔堵住时，就会发出报警，指示工作人员来进行清扫。

经过现场实际测试，机器人的定位精度很高，定位误差可以保证在3mm以内。

即一种机器人轨道定位方法，包括：

（1）提供机器人轨道定位系统，其进一步包括KYN机器人、至少一条设有缝隙的轨道、安装在KYN机器人上的传感装置、安装在KYN机器人上的里程装置，KYN机器人通过轨道可达到指定位置；

（2）将轨道的定位缝隙间距设置成不对称且保证任意两缝隙间距不相等；

（3）通过传感装置读取所述机器人所处轨道上的定位缝隙信息，将里程装置中的里程信息与预先设定的定位缝隙之间的间距信息，来获知机器人当前所在的位置信息。

步骤(3)还包括：机器人进入轨道后，通过传感装置检索到所处轨道上的第一个定位缝隙，启动所述里程装置进行里程计数；当传感装置检索到第二个定位缝隙或后续若干定位缝隙时，比对里程装置中的里程信息与预先存储的定位缝隙之间的间距信息，由此获知机器人是否达到预先设定的位置。

在轨道某些定位缝隙边上距离预先设定的位置点上还设定冗余孔。或者，在轨道前端设定的定位缝隙的开隙大小在预先设定的大范围内，在离目标距离预定距离范围内的定位缝隙的开隙大小在预先设定的小范围内，这样，精度既满足了要求，而且也在检测初期就能比较容易获得定位缝隙信息。

本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (4)

1.一种机器人轨道定位方法，其特征在于，包括：

(1)提供机器人轨道定位系统，其进一步包括机器人、至少一条设有缝隙的轨道、安装在机器人上的传感装置、安装在机器人上的里程装置，机器人通过轨道可达到指定位置；

(2)将轨道的定位缝隙间距设置成不对称且保证任意两缝隙间距不相等；

(3)通过传感装置读取所述机器人所处轨道上的定位缝隙信息，将里程装置中的里程信息与预先设定的定位缝隙之间的间距信息相对照，来获知机器人当前所在的位置信息；

机器人进入轨道后，通过传感装置检索到所处轨道上的第一个定位缝隙，启动所述里程装置进行里程计数；

当传感装置检索到第二个定位缝隙或后续若干定位缝隙时，比对里程装置中的里程信息与预先存储的定位缝隙之间的间距信息，由此获知机器人是否达到预先设定的位置。

2.如权利要求1所述的机器人轨道定位方法，其特征在于，还包括：

在轨道某些定位缝隙边上距离预先设定的位置点上还设定冗余孔。

3.一种机器人轨道定位系统，其特征在于，包括机器人、至少一条设有缝隙的轨道、安装在机器人上用于检索所述轨道上缝隙的传感装置、安装在机器人上的里程装置，机器人通过轨道可达到指定位置，并且，

轨道的定位缝隙间距设置成不对称且保证任意两缝隙间距不相等；

机器人上的处理单元，用于通过传感装置读取所述机器人所处轨道上的定位缝隙信息，将里程装置中的里程信息与预先设定的定位缝隙之间的间距信息相对照，来获知机器人当前所在的位置信息。

4.如权利要求3所述的机器人轨道定位系统，其特征在于，在轨道某些定位缝隙边上距离预先设定的位置点上还设定冗余孔。