CN104089616A - 移动机器人定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动机器人定位系统，包括设置在机器人工作场所的多个磁导轨，多个磁导轨依次连接，工作场所的待监测点处和相邻两个磁导轨之间位置处均设有磁条，相邻两个磁条之间的路段构成机器人沿着该磁导轨运行的工作路段；机器人上设有工控机，机器人的底盘的前部和后部分别设有前排磁传感器和后排磁传感器，前排磁传感器和后排磁传感器用于当机器人在所述磁导轨上方行走时检测输出所述磁导轨和磁条的磁场信号；工控机用于接收所述前排磁传感器和后排磁传感器输出的所述磁场信号，根据所述磁场信号和预先存储的机器人运行路径信息控制机器人的行走状态从而导航并定位机器人运行。本发明导航机器人运行时，可靠性高，定位误差小。

Description

移动机器人定位系统

技术领域

本发明涉及移动机器人定位技术领域，特别涉及一种移动机器人定位系统。

背景技术

随着机器人技术的快速发展，移动机器人在工业、农业、医疗、军事以及社会服务业等领域得到广泛运用，特别是以移动机器人为载体，搭载红外热成像仪、可见光摄像头等设备完成与故障监测、设备监控等相关的工作任务，具有广阔的应用前景和实用价值。然而实现这些功能都离不开移动机器人行走过程中的精确导航定位。

目前，较为成熟的机器人导航技术有两种：一种是专利号为CN202166895U《变电站智能巡检机器人的激光导航系统》中所述的采用激光导航传感器和反光标志进行导航。采用激光导航不受电磁干扰的影响，能够在反光标志范围内较为准确的定位，机器人底盘高度不受导航系统的约束。但是激光导航依赖反光标志，反光标志不仅容易受到外界环境影响，而且对场地适应能力不强，巡检路径单一，机器人缺乏灵活性，不可靠。

      另一种是专利号为CN202058039U《变电站巡检机器人多传感器融合的组合定位系统》中所述的采用磁传感器检测磁导轨进行导航。采用磁传感器检测磁导轨进行导航，该方式在变电站环境下比激光导航可靠。但是其采用RFID标签定位，数据处理周期长，在高压变电站强磁环境下抗电磁干扰能力差，亦不可靠。

      由于移动机器人工作场所的导航路径和任务要求有差异，并且需要适应特殊的环境条件和多种工作模式，使得移动机器人必须导航稳定，定位准确以及机器人能够高度可靠地前进、后退、掉头、转弯。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种移动机器人定位系统，导航机器人运行时，可靠性高，定位误差小，机器人运行方式灵活，抗干扰能力强，适用于强磁、强辐射等特殊环境，成本低，可靠性高。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种移动机器人定位系统，包括设置在机器人工作场所的多个磁导轨，所述多个磁导轨依次连接，工作场所的待监测点处和相邻两个磁导轨之间位置处均设有磁条，相邻两个磁条之间的路段构成机器人沿着该磁导轨运行的工作路段；所述机器人上设有工控机，所述机器人的底盘的前部和后部分别设有前排磁传感器和后排磁传感器，其中，所述前排磁传感器和后排磁传感器，用于当机器人在所述磁导轨上方行走时，检测输出所述磁导轨和磁条的磁场信号，所述工控机，用于接收所述前排磁传感器和后排磁传感器输出的所述磁场信号，根据所述磁场信号和预先存储的机器人运行路径信息控制机器人的行走状态从而导航并定位机器人运行。

优选的，当机器人前进运动时，若所述工控机接收到所述前排磁传感器检测到的磁条磁场信号，便控制机器人减速，直到所述后排磁传感器检测到磁条磁场信号，机器人停止，实现精准定位。

优选的，当机器人运动到某一工作路段的磁条处时，所述工控机判断当前位置是否是监测点，若是，则机器人采样监测点信息；若否，则控制机器人运行至下一工作路段继续工作。

优选的，当机器人运行完所有工作路段后，所述工控机还根据预先存储的所述机器人运行路径信息控制机器人回到开始路段，机器人开始后退行走，所述前排磁传感器和后排磁传感器同时用于导航机器人行走确保机器人回到起点位置。

优选的，所述工控机与机器人的电机驱动器电性连接，通过控制所述电机驱动器从而控制机器人的行走状态。

进一步的，所述机器人的行走状态包括前进、后退、转弯、掉头或停止。

优选的，所述磁导轨与机器人底盘上安装的磁传感器之间的垂直距离为25-40mm。

优选的，所述多个工作路段中相邻路段的夹角为0至360°之间任一角度。

优选的，所述机器人运行路径信息包括所述多个工作路段中每条路段的编号、相对上一路段的转弯角度、路径属性，和/或监测点信息。

优选的，所述磁条与磁导轨垂直并呈“十”字形。

与现有技术相比，本发明的有益效果：  

本发明采用磁导轨和前后磁传感器组合导航机器人行走，且在磁导轨构成的工作路段设置磁条，磁条设置在转弯处或待监测点处，不需要依靠类似RFID或者反光标志等辅助物，重复定位精度在2mm以内，具有很高的可靠性。同时磁条的信号辐射范围小，磁传感器检测的精度高，机器人前进、后退、转弯、掉头环节稳定可靠，运行路径灵活，抗干扰能力强，不受工作环境影响，该定位系统结构简单，成本低，响应速度快。

附图说明：

图1是本发明的系统结构示意图；

图2是本发明的机器人运动路径示意图；

图3是本发明机器人运动控制流程图；

其中：1、起始点，2、磁条，3、机器人，4、磁导轨，5、工控机，6、电机驱动器，7、前排磁传感器，8、后排磁传感器。

具体实施方式

下面结合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。

如图1-2所示的移动机器人定位系统，包括设置在机器人3工作场所的多个磁导轨4，所述多个磁导轨4依次连接，工作场所的待监测点处和相邻两个磁导轨4之间位置处均设有磁条2，相邻两个磁条2之间的路段构成机器人3沿着该磁导轨4运行的工作路段；所述机器人3上设有工控机5，所述机器人3的底盘的前部和后部分别设有前排磁传感器7和后排磁传感器8，其中，所述前排磁传感器7和后排磁传感器8，用于当机器人3在所述磁导轨4上方行走时，检测输出所述磁导轨4和磁条2的磁场信号，所述工控机5，用于接收所述前排磁传感器7和后排磁传感器8输出的所述磁场信号，根据所述磁场信号和预先存储的机器人运行路径信息控制机器人3的行走状态从而导航并定位机器人3运行。

具体的，在工作场所预埋多个导航磁条，即磁导轨4，所述磁导轨4与机器人3底盘上安装的磁传感器之间的垂直距离为25-40mm，这个距离范围可以保证有效的磁场检测，提高机器人运行可靠性。预埋磁导轨4路径覆盖工作场所需要检测的所有设备位置，并在监测点位置（即设备位置）和转弯位置（即相邻磁导轨连接处）铺设横磁条2（称停止位，下同），每相邻两停止位之间路径为一条工作路段。所述多个工作路段中相邻路段的夹角为0至360°之间任一角度。将机器人3运行路径划分为多条工作路段，并且每条路段的路径信息都预先存储在工控机中，其包括多个工作路段中每条路段的编号、相对上一路段的转弯角度、路径属性，和/或监测点信息等。其中所述工控机5与机器人3的电机驱动器6电性连接，通过控制所述电机驱动器6从而控制机器人3的行走状态，所述机器人3的行走状态包括前进、后退、转弯、掉头或停止等。所述前排磁传感器7、后排磁传感器8通过D/I与工控机5连接，电机驱动器6通过CAN总线与工控机5连接。

工作时，机器人3从起始点1开始运行，机器人3运动到磁条2处，即停止位时都会停止。当机器人3前进运动时，若所述工控机5接收到所述前排磁传感器7检测到的磁条2磁场信号，便控制机器人3减速，直到所述后排磁传感器8检测到磁条2磁场信号，机器人3停止，实现精准定位，定位误差小于2cm。当机器人3运动到某一工作路段的磁条2处（停止位）时，所述工控机5判断当前位置是否是监测点，若是，则机器人3采样监测点信息；若否，则控制机器人3运行至下一工作路段继续工作。当机器人3运行完所有工作路段后，所述工控机5还根据预先存储的所述机器人运行路径信息控制机器人3回到开始路段，机器人3开始后退行走，所述前排磁传感器7和后排磁传感器8同时用于导航机器人3行走确保机器人3回到起点位置。图3为机器人运动的控制流程图，机器人从起始点1开始，根据工控机5存储的路径信息，执行巡检任务。工控机5存储机器人3每一次所需执行任务的全部工作路段信息，利用电机驱动器6控制机器人3的运动。前进时，前排磁传感器7用于导航，后排磁传感器8用于精准定位；后退时，前、后排磁传感器都用于导航，确保机器人准确回到起始点1。

在本发明的又一实施例中，所述磁条2与磁导轨4垂直并呈“十”字形。本实施例中所述磁传感器宽50mm，磁导轨宽5mm，机器人3在磁导轨4上导航行走是依靠磁传感器（7、8）检测磁导轨4信号并通过工控机5控制使机器人3运行在磁导轨4中间位置来实现导航行走，定位停止是通过检测与磁导轨4垂直的横向磁条2的信号实现，两者垂直并呈“十”字形，能确保机器人底盘前后的磁传感器（7、8）全部被横磁条覆盖，此时若检测点数大于预设值，则控制实现定位停止。

本发明采用磁导轨和前后磁传感器组合导航机器人行走，且在磁导轨构成的工作路段设置磁条，磁条设置在转弯处或待监测点处，不需要依靠类似RFID或者反光标志等辅助物，定位精度在2mm以内，具有很高的可靠性。同时磁条的信号辐射范围小，磁传感器检测的精度高，机器人前进、后退、转弯、掉头环节稳定可靠，运行路径灵活，抗干扰能力强，不受工作环境影响，该定位系统结构简单，成本低，响应速度快。

       上面结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细说明，但本发明并不限制于上述实施方式，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可以作出各种修改或改型。

Claims (10)

1.一种移动机器人定位系统，其特征在于，包括设置在机器人工作场所的多个磁导轨，所述多个磁导轨依次连接，工作场所的待监测点处和相邻两个磁导轨之间位置处均设有磁条，相邻两个磁条之间的路段构成机器人沿着该磁导轨运行的工作路段；所述机器人上设有工控机，所述机器人的底盘的前部和后部分别设有前排磁传感器和后排磁传感器；其中，所述前排磁传感器和后排磁传感器，用于当机器人在所述磁导轨上方行走时，检测输出所述磁导轨和磁条的磁场信号；所述工控机，用于接收所述前排磁传感器和后排磁传感器输出的所述磁场信号，根据所述磁场信号和预先存储的机器人运行路径信息控制机器人的行走状态从而导航并定位机器人运行。

2.根据权利要求1所述的移动机器人定位系统，其特征在于，当机器人前进运动时，若所述工控机接收到所述前排磁传感器检测到的磁条磁场信号，便控制机器人减速，直到所述后排磁传感器检测到磁条磁场信号，机器人停止，实现精准定位。

3.根据权利要求1或2所述的移动机器人定位系统，其特征在于，当机器人运动到某一工作路段的磁条处时，所述工控机判断当前位置是否是监测点，若是，则机器人采样监测点信息；若否，则控制机器人运行至下一工作路段继续工作。

4.根据权利要求3所述的移动机器人定位系统，其特征在于，当机器人运行完所有工作路段后，所述工控机还根据预先存储的所述机器人运行路径信息控制机器人回到开始路段，机器人开始后退行走，所述前排磁传感器和后排磁传感器同时用于导航机器人行走确保机器人回到起点位置。

5.根据权利要求4所述的移动机器人定位系统，其特征在于，所述工控机与机器人的电机驱动器电性连接，通过控制所述电机驱动器从而控制机器人的行走状态。

6.根据权利要求5所述的移动机器人定位系统，其特征在于，所述机器人的行走状态包括前进、后退、转弯、掉头或停止。

7.根据权利要求4所述的移动机器人定位系统，其特征在于，所述磁导轨与机器人底盘上安装的磁传感器之间的垂直距离为25-40mm。

8.根据权利要求4所述的移动机器人定位系统，其特征在于，所述多个工作路段中相邻路段的夹角为0至360°之间任一角度。

9.根据权利要求4所述的移动机器人定位系统，其特征在于，所述机器人运行路径信息包括所述多个工作路段中每条路段的编号、相对上一路段的转弯角度、路径属性，和/或监测点信息。

10.根据权利要求4所述的移动机器人定位系统，其特征在于，所述磁条与磁导轨垂直并呈“十”字形。