CN104615139A - 一种用于全方位平面运动机构的位姿信号采集装置 - Google Patents

Abstract

一种用于全方位平面运动机构的位姿信号采集装置，包括基准框架部分和位姿控制部分；基准框架部分设计有两组全向轮，全向轮配装编码器，且全向轮与主体安装基准框架之间采用了浮动连接方式，保证编码器的数据采集精度；位姿控制部分以主控电路板为主体，陀螺仪安装在主控电路板上，且编码器和陀螺仪会同时将数据传输到中央处理器内进行整合处理，只有整合处理好的位姿数据才会传输给全方位平面运动机器人的控制系统。通过本发明与全方位平面运动机构之间的安装精度，最大程度消除了编码器和陀螺仪的安装误差。本发明还具有极高的通用性，具备安装在任何一种全方位平面运动机构产品内，以满足全方位平面运动机构的位姿调整。

Description

一种用于全方位平面运动机构的位姿信号采集装置

技术领域

本发明属于全方位平面运动机构位姿定位技术领域，特别是涉及一种用于全方位平面运动机构的位姿信号采集装置。

背景技术

随着机器人行业的飞速发展，全方位平面运动机器人凭借其运动灵活性和对空间适应性强等优点，已被广泛用于居家、工业及军事等诸多领域。

在全方位平面运动机器人运动过程中，必须确保其运动姿态的正确，一旦发生运动轨迹的偏离，将直接影响全方位平面运动机器人对任务的完成。

为了实现全方位平面运动机器人在运动过程中能够保持正确的运动姿态，技术人员普遍通过在全方位平面运动机器人上安装编码器和陀螺仪，并通过编码器采集机器人的位移信号，通过陀螺仪采集机器人的旋转角度信号，编码器及陀螺仪再将采集的信号反馈给机器人，机器人通过反馈信号实时调整自身的位姿状态。

但由于目前没有统一的产品设计标准，各个厂家也都是根据自家的产品，来确定编码器及陀螺仪的实际安装位置，且编码器和陀螺仪彼此独立安装，由于产品结构的限制，常常给编码器及陀螺仪安装带来不便，导致编码器和陀螺仪的通用性极差，还因为编码器及陀螺仪的安装基准不统一，可能导致安装误差的出现，进而使采集的信号存在误差，最终使产品的位姿调整出现误差。

因此，亟需一种能够将位姿信号的采集和处理集成到一起的单一装置，该装置还要具有极高的通用性，可以安装在任何一种全方位平面运动机构产品内，用来代替原有的相互独立的编码器和陀螺仪，以满足全方位平面运动机构的位姿调整。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于全方位平面运动机构的位姿信号采集装置，将编码器和陀螺仪集成在同一个安装基准框架内，避免位姿误差的产生，具有极高的产品通用性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于全方位平面运动机构的位姿信号采集装置，包括基准框架部分和位姿控制部分；所述基准框架部分包括主体安装基准框架、轮架及全向轮，所述全向轮共两组，两组全向轮均通过轮架与主体安装基准框架浮动连接；所述位姿控制部分包括编码器、主控电路板、中央处理器、陀螺仪及数据输出接口、稳压器及信号输入接口；所述主控电路板安装在主体安装基准框架上，所述编码器套装在全向轮轮轴上，编码器外壳与轮架之间固定连接；所述中央处理器、陀螺仪、数据输出接口、稳压器及信号输入接口均安装在主控电路板上，所述稳压器一端与电源相连，稳压器另一端分别与中央处理器、陀螺仪相连；所述陀螺仪通过中央处理器与数据输出接口相连；所述编码器信号输出端依次通过信号输入接口、中央处理器与数据输出接口相连。

在所述主体安装基准框架上固装有滑块，在所述轮架上固装有直线导轨，轮架通过滑块、直线导轨与主体安装基准框架滑动连接。

在所述主体安装基准框架上固装有第一挂簧螺钉，在所述轮架上固装有第二挂簧螺钉，在第一挂簧螺钉与第二挂簧螺钉之间连接有拉力弹簧。

在所述主控电路板上还安装有显示屏，显示屏与中央处理器相连，通过显示屏实时显示位移值及旋转角度值。

在所述主控电路板上还安装有指示灯，指示灯通过闪烁、常亮或常灭方式显示工作状态。

所述两组全向轮在水平方向呈90°夹角。

所述位姿控制部分采用CAN总线进行数据传输。

本发明的有益效果：

本发明与现有技术相比，摒弃了传统全方位平面运动机构所采用的编码器和陀螺仪彼此独立安装的方式，而将编码器和陀螺仪整合集成在一起，且全向轮与主体安装基准框架之间采用了浮动连接方式，也保证了编码器的数据采集精度；本发明可以通过位姿信号采集装置与全方位平面运动机构的安装精度，最大程度消除编码器和陀螺仪的安装误差，进而保证位姿信号的采集精度。本发明可以安装在任何一种全方位平面运动机构产品内，用来代替原有的相互独立的编码器和陀螺仪，且具有极高的通用性，完全满足了全方位平面运动机构的位姿调整。

附图说明

图1为本发明的一种用于全方位平面运动机构的位姿信号采集装置的俯视立体图；

图2为本发明的一种用于全方位平面运动机构的位姿信号采集装置的侧视立体图；

图3为本发明的位姿控制部分背面(不含编码器)结构示意图；

图4为本发明的位姿控制部分正面(不含编码器)结构示意图；

图中，1—主体安装基准框架，2—轮架，3—全向轮，4—滑块，5—直线导轨，6—第一挂簧螺钉，7—第二挂簧螺钉，8—拉力弹簧，9—编码器，10—主控电路板，11—中央处理器，12—陀螺仪，13—数据输出接口，14—显示屏，15—稳压器，16—信号输入接口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1、2、3、4所示，一种用于全方位平面运动机构的位姿信号采集装置，包括基准框架部分和位姿控制部分；所述基准框架部分包括主体安装基准框架1、轮架2及全向轮3，所述全向轮3共两组，两组全向轮3均通过轮架2与主体安装基准框架1浮动连接；所述位姿控制部分包括编码器9、主控电路板10、中央处理器11、陀螺仪12及数据输出接口13、稳压器15及信号输入接口16；所述主控电路板10安装在主体安装基准框架1上，所述编码器9套装在全向轮3轮轴上，编码器9外壳与轮架2之间固定连接；所述中央处理器11、陀螺仪12、数据输出接口13、稳压器15及信号输入接口16均安装在主控电路板10上，所述稳压器15一端与电源相连，稳压器15另一端分别与中央处理器11、陀螺仪12相连；所述陀螺仪12通过中央处理器11与数据输出接口13相连；所述编码器9信号输出端依次通过信号输入接口16、中央处理器11与数据输出接口13相连。

在所述主体安装基准框架1上固装有滑块4，在所述轮架2上固装有直线导轨5，轮架2通过滑块4、直线导轨5与主体安装基准框架1滑动连接。

在所述主体安装基准框架1上固装有第一挂簧螺钉6，在所述轮架2上固装有第二挂簧螺钉7，在第一挂簧螺钉6与第二挂簧螺钉7之间连接有拉力弹簧8。

在所述主控电路板10上还安装有显示屏14，显示屏14与中央处理器11相连，通过显示屏14实时显示位移值及旋转角度值。

在所述主控电路板10上还安装有指示灯，指示灯通过闪烁、常亮或常灭方式显示工作状态。

所述两组全向轮3在水平方向呈90°夹角。

所述位姿控制部分采用CAN总线进行数据传输。

下面结合附图说明本发明的一次使用过程：

以一种居家用全方位平面运动机器人为例，采用本发明的位姿信号采集装置，用于替换原机器人内彼此独立安装的编码器和陀螺仪。

首先，为了精准的安装本发明的位姿信号采集装置，需要在全方位平面运动机器人上设计相应的定位平面及安装孔，定位平面为两个相互垂直的面，并保证其中一个定位平面与运动平面相平行，并在该平面上设有相应的安装孔，位姿信号采集装置需要通过定位平面及安装孔精准定位，而位姿信号采集装置的主体安装基准框架1与定位平面及安装孔为配形设计，当主体安装基准框架1进行定位装配时，可使位姿信号采集装置的安装中心刚好位于全方位平面运动机器人的零半径旋转中心上；同时，在位姿信号采集装置安装好后，还要保证位姿信号采集装置的全向轮3与地面紧密接触，并通过拉力弹簧8使位姿信号采集装置相对于地面具有一定的浮动量。

当位姿信号采集装置安装好后，将位姿信号采集装置的数据输出接口13与全方位平面运动机器人的控制系统相连。启动全方位平面运动机器人并按照设定路线行进，在全方位平面运动机器人行进过程中，通过全向轮3的转动带动编码器9的转子转动，通过编码器9获取位移数据，由于全向轮3通过轮架2与主体安装基准框架1采用了浮动连接方式，最大程度的避免了因全向轮3打滑导致的位移数据的误差；当全方位平面运动机器人旋转过程中，通过陀螺仪12获取机器人旋转角度数据，此时的位移数据和旋转角度数据会同时传输到中央处理器11内，中央处理器11会对位移数据和旋转角度数据进行整合处理，然后中央处理器11再将整合处理好的位姿数据传输给全方位平面运动机器人的控制系统，同时在显示屏14也会实时显示位姿信息。

本发明将编码器9和陀螺仪12进行了集成化设计，位姿信号采集装置与全方位平面运动机器人通过定位平面及定位孔的精确定位安装，因此将安装误差降到最低。在全方位平面运动机器人行进过程中，位姿信号采集装置会不断将集成后的位姿信号反馈给机器人，机器人再通过反馈信号实时调整自身的位姿状态。由于避免了编码器9和陀螺仪12的安装误差，进而避免了编码器9和陀螺仪12信号采集误差，防止了机器人因信号采集误差导致的位姿调整出现误差，实现了全方位平面运动机器人在运动过程中保持正确的运动姿态。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (7)

1.一种用于全方位平面运动机构的位姿信号采集装置，其特征在于：包括基准框架部分和位姿控制部分；所述基准框架部分包括主体安装基准框架、轮架及全向轮，所述全向轮共两组，两组全向轮均通过轮架与主体安装基准框架浮动连接；所述位姿控制部分包括编码器、主控电路板、中央处理器、陀螺仪及数据输出接口、稳压器及信号输入接口；所述主控电路板安装在主体安装基准框架上，所述编码器套装在全向轮轮轴上，编码器外壳与轮架之间固定连接；所述中央处理器、陀螺仪、数据输出接口、稳压器及信号输入接口均安装在主控电路板上，所述稳压器一端与电源相连，稳压器另一端分别与中央处理器、陀螺仪相连；所述陀螺仪通过中央处理器与数据输出接口相连；所述编码器信号输出端依次通过信号输入接口、中央处理器与数据输出接口相连。

2.根据权利要求1所述的一种用于全方位平面运动机构的位姿信号采集装置，其特征在于：在所述主体安装基准框架上固装有滑块，在所述轮架上固装有直线导轨，轮架通过滑块、直线导轨与主体安装基准框架滑动连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于全方位平面运动机构的位姿信号采集装置，其特征在于：在所述主体安装基准框架上固装有第一挂簧螺钉，在所述轮架上固装有第二挂簧螺钉，在第一挂簧螺钉与第二挂簧螺钉之间连接有拉力弹簧。

4.根据权利要求1所述的一种用于全方位平面运动机构的位姿信号采集装置，其特征在于：在所述主控电路板上还安装有显示屏，显示屏与中央处理器相连，通过显示屏实时显示位移值及旋转角度值。

5.根据权利要求1所述的一种用于全方位平面运动机构的位姿信号采集装置，其特征在于：在所述主控电路板上还安装有指示灯，指示灯通过闪烁、常亮或常灭方式显示工作状态。

6.根据权利要求1所述的一种用于全方位平面运动机构的位姿信号采集装置，其特征在于：所述两组全向轮在水平方向呈90°夹角。

7.根据权利要求1所述的一种用于全方位平面运动机构的位姿信号采集装置，其特征在于：所述位姿控制部分采用CAN总线进行数据传输。