CN107283390A - 一种轨道机器人精确定位系统及精确定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轨道机器人精确定位系统及精确定位方法，轨道上安装有多个站点定位片，站点定位片上设置有磁钢和射频卡，各站点定位片在轨道上间隔分布；机器人上安装有站点采集卡和电机编码器，机器人由电机驱动。站点采集卡采集站点定位片上的磁钢信号及射频卡的编码信息，根据射频卡的编码信息确定该站点定位片的站点编号；由电机编码器对电机的转动圈数进行计数，根据电机的转动圈数以及机器人驱动轮的直径确定机器人移动的距离。本发明利用磁钢精确定位站点位置，读取射频卡的序列号来确定当前站点的位置序号，由于射频卡可任意编码，可应用于长距离定位。选用霍尔效应(磁钢检测)与射频卡无线读取，所以可以应用于潮湿、灰尘较大等场合。

Description

一种轨道机器人精确定位系统及精确定位方法

技术领域

本发明涉及一种轨道机器人精确定位系统及精确定位方法。

背景技术

关于轨道式移动机器人的轨道定位方法目前主要有以下几种：

1、轨道驱动电机编码器计数。该方法累计误差大，无法实现长距离精确定位。

2、轨道固定间隔贴二维码、条形码，行走机构读取二维码、条形码方式实现站点位置定位，两个二维码、条形码之间通过电机编码器计数来获取移动距离定位。该方法无法应用于恶劣环境(如灰尘较大的场合，灰尘会遮挡二维码、条形码影响读取)。

3、轨道固定间隔安装特殊组合的霍尔磁钢片(磁钢以二进制的方式组合)，行走机构读取霍尔信号组合实现站点位置定位，两个磁钢片之间通过电机编码器计数来获取移动距离定位。受限于霍尔磁钢的组合方法，若要实现长距离站点检测，则需要更多的磁钢来编码，磁钢片空间占用较大，不利于轨道设计。

发明内容

轨道式移动机器人在轨道上移动时，需要实时知道机器人在轨道上的精确位置，本发明提供一种能够实现轨道精确、长距离定位的定位系统。

本发明提供的轨道机器人精确定位系统，轨道上安装有多个站点定位片，所述站点定位片上设置有磁钢和射频卡，各站点定位片在轨道上间隔分布；机器人上安装有站点采集卡，所述站点采集卡用于采集磁钢信号以及读取射频卡的编码信息，所述机器人由电机驱动，机器人上安装有对电机转动圈数进行计数的电机编码器。

本发明通过磁钢来定位站点信息，当读取到磁钢信号后，再去读取射频卡的序列号来定位当前站点位置，由于射频卡可任意编码(32位)，因此在有限的尺寸设计中，可应用于长距离定位。射频卡数据保存时间长，几乎支持无限次读取，因此可满足长时间应用。选用霍尔效应(磁钢检测)与射频卡无线读取，所以可以应用于潮湿、灰尘较大等场合。

实际应用中，由于两个站点定位片之间依靠电机编码器计数来获取偏移距离，为了减少编码器计数的累计误差，两个站点定位片之间的安装距离不宜过长，各站点定位片在轨道等间距分布。每隔一个站点重新开始计算电机编码器的值，编码器累计误差仅限于两个站点之间的距离，不会影响到下一个站点之后的计数。

本发明所述电机编码器采用普通的增量式光电正交编码器即可实现，电机编码器分辨率越高定位越精确。所述电机编码器安装在电机的转轴上。

本发明还提供一种采用本发明所述的轨道机器人精确定位系统实现轨道机器人精确定位方法，机器人在轨道上移动，当机器人上的站点采集卡采集到站点定位片上的磁钢信号后，站点采集卡读取站点定位片上的射频卡的编码信息，根据射频卡的编码信息确定该站点定位片的站点编号；机器人继续在轨道上移动，由电机编码器对驱动机器人移动的电机的转动圈数进行计数，该计数自机器人离开相应站点编号对应的站点时开始；根据电机的转动圈数以及机器人驱动轮的直径确定机器人移动的距离，即机器人距相应站点编号对应的站点的偏移距离。

为提供定位精确度，在电机编码器计数前，先进行清零操作。

定义其中一个站点为零位，机器人在初次进入轨道时，利用站点采集卡采集站点定位片上的磁钢信号后，读取站点定位片上的射频卡编码信息，根据编码信息确定零位站点的具体位置。

本发明通过磁钢来定位站点信息，每个站点只需要使用一个磁钢即可，当读取到该信号后(磁钢实现精确定位，射频卡读取距离波动较大，无法精确定位)，再去读取射频卡的序列号来定位当前站点位置，由于射频卡可任意编码(32位)，因此在有限的尺寸设计中，该方案可应用于长距离定位(站点数多，可编码到射频卡最大的编码即2的32次方)，且安装所用的结构件可统一加工，无需因为不同的编码而用不同的结构件。另外，由于射频卡数据保存时间长，几乎支持无限次读取，因此可满足长时间应用。本发明选用霍尔效应(磁钢检测)与射频卡无线读取，所以可以应用于潮湿、灰尘较大等场合，磁钢、射频卡技术成熟，采购成本较低，可满足对成本要求比较苛刻的场合。射频卡可支持重新编码，在应用中，可根据需求随时重新更改编码，应用方便、灵活。

附图说明

图1为本发明系统示意图；

图2为磁钢信号检测原理图。

图中：1-站点采集卡；2-站点定位片；3-驱动轨道；4-电机轴；5-电机编码器；6-驱动齿轮；7-电机；8-一号站点；9-二号站点；10-射频卡；11-磁钢。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供的轨道机器人精确定位系统包括多个站点定位片2，站点定位片2上设置有磁钢11和已编码的射频卡10，站点定位片2安装在驱动轨道3上，站点定位片2之间间隔布置，为减少定位误差，相邻站点定位片2之间的距离不宜过长，并且相邻站点定位片之间尽量等间距。机器人上具有电机7、驱动齿轮6，驱动轨道3上安装与驱动齿轮6配合的齿条，电机7转动时，通过驱动齿轮6与齿条的啮合实现机器人的前进或后退，实现机器人在驱动轨道3上行走。电机7的输出轴上安装有电机编码器5，电机编码器可以对电机7的转动圈数进行计数。机器人上还安装有站点采集卡1。图1是机器人与驱动轨道的示意图，如果需要更好地理解机器人如何在轨道上行走，可以参考发明专利ZL201610186221.1一种机器人行走机构。

本发明提供的轨道机器人精确定位方法的具体流程如下：

定义一号站点8为零位，那么将一号站点8上的站点定位片2上的射频卡10编码为1，定义的零位作为机器人移动定位的坐标原点，实际使用时可作为充电点。此时假设机器人位于一号站点8的左侧，那么机器人上电后即向右移动寻找零位。需要指出的是，机器人也可能向左移动寻找零位，假设左侧的站点定位片上的射频卡编码为2，当机器人的站点采集卡采集到该站点定位片上的磁钢信号后，读取射频卡的编码信号，发现该站点不是零位，那么，机器人向右移动继续寻找零位。当机器人需要充电时，可以通过寻找零位来找到充点电。移动过程中，当站点采集卡1采集到一号站点8上的站点定位片2的磁钢信号后(利用霍尔效应检测电平跳变，默认为高电平，检测到磁钢有信号后变为低电平，参照图2的磁钢信号检测原理图，站点采集卡上安装有霍尔效应传感器DH580)，此时站点采集卡1开始读取该站点定位片上的射频卡的编码信号，此编码即为机器人所在的当前站点号，即一号站点。

读取到一号站点后，机器人继续向前行走，此时电机编码器5开始累加计数并计算累计移动距离。具体来说，假设驱动齿轮半径为40mm，则电机转一圈，机器人实际移动距离为251.2mm(齿轮周长)，如电机编码器检测到电机累计转了3圈，此时机器人的定位信息即为一号站点偏移753.6mm(251.2mm×3)。

同理，当机器人继续前进，检测到二号站点9上的站点定位片的磁钢信号后，再读取二号站点9的站点定位片上的射频卡编码(假设二号站点射频卡编码提前设置为2)，此时需清除电机编码器5的计数值并重新开始计数，也就是说，电机编码器计算的是机器人距离二号站点的偏移距离，即，假设机器人向三号站点移动，机器人处于二号站点与三号站点之间，此时定位信息为二号站点偏移XXmm，假设驱动齿轮半径为40mm，电机转了3圈，此时机器人的定位信息为二号站点偏移753.6mm。若机器人刚好在二号站点，电机编码器还未有计数，则此时定位信息为二号站点偏移0mm。

后续定位信息读取方法照此类推。

由于已知各站点之间的距离，假设机器人此时的定位信息为四号站点偏移500mm，相邻站点之间的距离1000mm，此时，机器人距零点(一号站点)的距离为1000×3+500＝3500mm。不仅能够准确得出机器人距离相应站点的距离，还准确得出机器人实际移动了多少距离。

实际应用中，由于两个站点定位片之间依靠电机编码器计数来获取偏移距离，为了减少编码器计数的累计误差，两个站点定位片之间的安装距离不宜过长。该方案每隔一个站点重新开始计算电机编码器的值，编码器累计误差仅限于两个站点之间的距离，不会影响到下一个站点之后的计数。

Claims (7)

1.一种轨道机器人精确定位系统，其特征在于，轨道上安装有多个站点定位片，所述站点定位片上设置有磁钢和射频卡，各站点定位片在轨道上间隔分布；机器人上安装有站点采集卡，所述站点采集卡用于采集磁钢信号以及读取射频卡的编码信息，所述机器人由电机驱动，机器人上安装有对电机转动圈数进行计数的电机编码器。

2.如权利要求1所述的轨道机器人精确定位系统，其特征在于，各站点定位片在轨道等间距分布。

3.如权利要求1或2所述的轨道机器人精确定位系统，其特征在于，所述电机编码器为增量式光电正交编码器。

4.如权利要求1或2所述的轨道机器人精确定位系统，其特征在于，所述电机编码器安装在电机的转轴上。

5.一种采用权利要求1或2所述的轨道机器人精确定位系统实现轨道机器人精确定位方法，其特征在于，机器人在轨道上移动，当机器人上的站点采集卡采集到站点定位片上的磁钢信号后，站点采集卡读取站点定位片上的射频卡的编码信息，根据射频卡的编码信息确定该站点定位片的站点编号；机器人继续在轨道上移动，由电机编码器对驱动机器人移动的电机的转动圈数进行计数，该计数自机器人离开相应站点编号对应的站点时开始；根据电机的转动圈数以及机器人驱动轮的直径确定机器人移动的距离，即机器人距相应站点编号对应的站点的偏移距离。

6.如权利要求5所述的轨道机器人精确定位方法，其特征在于，在电机编码器计数前，先进行清零操作。

7.如权利要求5所述的轨道机器人精确定位方法，其特征在于，定义其中一个站点为零位，机器人在初次进入轨道时，利用站点采集卡采集站点定位片上的磁钢信号后，读取站点定位片上的射频卡编码信息，根据编码信息确定零位站点的具体位置。