CN108436970A - 一种轨道式机器人测速、测加速度、测位移装置及方法 - Google Patents

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陆文涛
裴文良
张树生
马静雅
姚春清
岑强
陈林坤
贾智新
卢智宏
袁志超
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Abstract

本发明公开了一种轨道式机器人测速、测加速度、测位移装置及方法，该装置包括固定螺柱1、弹簧伸缩机构、摆动臂2、测量轮组件9、磁铁10、霍尔传感器11和微控制器MCU。测量轮组件9中的测量轮压紧到轨道内侧，配合霍尔传感器11，通过检测脉冲计数，测算机器人的实时速度、加速度和位移，该装置结构简单、工作可靠、计数准确，能够解决轨道式机器人在冬季轨道表面积雪、结冰等易打滑情况下准确的测速、测加速度和测位移问题。

Description

一种轨道式机器人测速、测加速度、测位移装置及方法
技术领域
本发明涉及机器人领域，具体说是一种轨道式机器人测速、测加速度、测位移装置及方法。
背景技术
轨道式机器人已经越来越广泛的应用于环境恶劣的工业现场，代替人工完成各种探测、巡检等任务。在机器人执行任务过程中，通常需要掌握机器人的速度、加速度和位移等信息。现有轨道式机器人一般是通过驱动电机安装轴编码器的方式来检测机器人的速度、加速度和位移，由于轴编码器反馈的是驱动电机的输出状态，而驱动机构故障、驱动轮打滑等情况会造成机器人的速度、加速度以及位移的测算产生误差，无法准确反映机器人的实时状态。
发明内容
为了解决上述问题，本发明公开了一种轨道式机器人测速、测加速度、测位移装置及方法，该装置采用一种铰链机构，将防脱落的浇铸磁铁的花式测量轮压紧到轨道内侧，配合霍尔传感器，通过检测脉冲计数，测算机器人的实时速度、加速度和位移，结构简单巧妙、工作可靠、计数准确，能够解决轨道式机器人在冬季轨道表面积雪、结冰等易打滑情况下准确的测速、测加速度和测位移问题。
本发明提供的技术方案是：一种轨道式机器人测速、测加速度、测位移装置，该装置包括固定螺柱1、弹簧伸缩机构、摆动臂2、测量轮组件9、磁铁10、霍尔传感器11和微控制器MCU。所述弹簧伸缩机构包括活动铰接点3、弹簧顶杆4、弹簧5、锁母6、弹簧螺套7和固定铰接点8。所述弹簧顶杆4、弹簧5依次装入弹簧螺套7上，通过旋转锁母6来调节弹簧5的弹力大小。活动铰接点3和固定铰接点8分别位于弹簧伸缩机构的两端。
所述测量轮组件9包括轮轴9-1、轴承9-2、轮毂9-3、胶轮9-4，轮毂9-3与胶轮9-4组成测量轮，所述轮毂9-3、胶轮9-4采用花键式沟槽设计，防止胶轮9-4与轮毂9-3运动过程中的轴向和径向脱落。所述磁铁10嵌入轮毂9-3与胶轮9-4组成的测量轮内。
所述测量轮组件9还包括内隔套9-5、外隔套9-6、锁紧螺母9-7，所述测量轮组件9通过内隔套9-5、外隔套9-6、锁紧螺母9-7固定在摆动臂2上。所述胶轮9-4为橡胶材质，具有阻燃、防静电的特性。
所述摆动臂2为“L”形，一端通过活动铰接点3与弹簧伸缩机构相连接，一端通过轮轴9-1与测量轮组件9相连接，中间位置装有固定螺柱1。
所述霍尔传感器11，固定在摆动臂2上，霍尔传感器11与微控制器MCU的信号输入端相连；所述微控制器MCU安装于机器人本体内部，微控制器MCU内设有根据霍尔传感器11采集到的信号计算轨道式机器人行走速度、加速度和前行、后退距离位移的计算模块。
在机器人本体的一侧装有测速装置安装板，测速装置安装板上开有滑动槽一和滑动槽二。本发明轨道式机器人测速、测加速度、测位移装置通过固定螺柱1、固定铰接点8固定在测速装置安装板上，所述活动铰接点3、测量轮组件9为自由端状态，可在滑动槽一、滑动槽二内自由滑动。
一种基于上述装置的轨道式机器人测速、测加速度、测位移方法，包括以下步骤：
S1：机器人在轨道上运行时，测量轮作为从动轮随机器人转动，测量轮内浇铸的磁铁10也随之旋转；
S2：测量轮每旋转一周，霍尔传感器11相应检测到一次磁铁10，产生一个脉冲信号；
S3：微控制器MCU接收到霍尔传感器11输出的脉冲信号，并根据机器人的前进、后退累加正负的脉冲数；
S4：计算模块根据测量轮输出脉冲数及测量轮的外径周长，计算机器人的位移量；
S5：计算模块根据单位时间内测量轮输出脉冲个数及测量轮的外径周长,计算机器人的实时速度及加速度。
上述方法还可以在测量轮内浇筑N个磁铁，测量轮每旋转一周，霍尔传感器11相应检测到N个脉冲，从而计算出更精确的机器人实时速度、加速度和位移。
本发明提供的技术方案产生的有益效果是：
可以有效的避免因机器人打滑造成的驱动轮数据无法准确反馈机器人速度、加速度、位移的问题，而且该方案测算的速度、位移与驱动电机控制器输出的速度、位移数据作比对，可以准确的得出机器人运行时打滑比率。测量轮采用花式结构，增强了结构强度，防止胶轮脱落，整体结构简单、占用空间少、成本低且测速、测加速度、测位移数据准确。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明测量轮的结构剖视图。
图3是本发明安装示意图。
图4是本发明安装示意图的左视图。
图5是本发明测速、测加速度、测位移方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1、图3所示，一种轨道式机器人测速、测加速度、测位移装置，该装置包括弹簧伸缩机构、摆动臂2、测量轮组件9、磁铁10、霍尔传感器11和微控制器MCU。所述弹簧伸缩机构包括活动铰接点3、弹簧顶杆4、弹簧5、锁母6、弹簧螺套7和固定铰接点8。活动铰接点3和固定铰接点8分别位于弹簧伸缩机构的两端。所述弹簧顶杆4、弹簧5依次装入弹簧螺套7上，通过旋转锁母6调节弹簧5的弹力大小，保证测量轮组件9与轨道面紧密贴合。
如图2所示，所述测量轮组件9包括轮轴9-1、轴承9-2、轮毂9-3、胶轮9-4，轮毂9-3与胶轮9-4组成测量轮，所述轮毂9-3、胶轮9-4采用花键式沟槽设计，防止胶轮9-4与轮毂9-3运动过程中的轴向和径向脱落；磁铁10通过粘接嵌入到由轮毂9-3与胶轮9-4组成的测量轮内。
所述胶轮9-4为橡胶材质，具有阻燃、防静电的特性。
所述轮轴9-1的一端设置有一字槽，使用简单的工具就可以将轮轴9-1、外隔套9-6固定在摆动臂2上，并通过锁紧螺母9-7拧紧，轮毂9-3与胶轮9-4组成测量轮，可以在轮轴9-1上自由转动。
所述摆动臂2为“L”形，一端通过活动铰接点3与弹簧伸缩机构相连接，一端通过轮轴9-1与测量轮组件9相连接，中间位置装有固定螺柱1。
所述霍尔传感器11固定在摆动臂2上，霍尔传感器11与微控制器MCU的信号输入端相连；所述微控制器MCU内设有根据霍尔传感器采集到的信号计算轨道式机器人行走速度、加速度和前行、后退距离位移的计算模块。
参见图3所示，在机器人本体的一侧装有测速装置安装板，测速装置安装板上开有滑动槽一和滑动槽二。所述轨道式机器人测速、测加速度、测位移装置通过固定螺柱1、固定铰接点8固定在机器人一侧的测速装置安装板上，所述活动铰接点3、测量轮组件9为自由端状态，可在滑动槽一、滑动槽二内自由滑动，避免了测速装置运行过程中的干涉现象。
参见图1、图4所示，所述轨道式机器人测速、测加速度、测位移装置通过旋转锁母6调节弹簧5的弹力大小，来保证测量轮组件9与轨道面紧密贴合，防止测量轮出现打滑现象。
如图5所示，一种基于上述装置的轨道式机器人测速、测加速度、测位移方法，包括以下步骤：
S1：机器人在轨道上运行时，测量轮作为从动轮随机器人转动，测量轮内浇铸的磁铁10也随之旋转；
S2：测量轮每旋转一周，霍尔传感器11相应检测到一次磁铁，产生一个脉冲信号；
S3：微控制器MCU接收到霍尔传感器11输出的脉冲信号，并根据机器人的前进、后退累加正负的脉冲数；
S4：计算模块根据测量轮输出脉冲数及测量轮的外径周长，计算机器人的位移量；
S5：计算模块根据单位时间内测量轮输出脉冲个数及测量轮的外径周长,计算机器人的实时速度及加速度。
本发明所述并不限于具体实施方式所述的实施例，只要是本领域技术人员根据本发明方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新及保护的范围。

Claims (3)

1.一种轨道式机器人测速、测加速度、测位移装置，其特征在于：该装置包括固定螺柱（1）、弹簧伸缩机构、摆动臂（2）、测量轮组件（9）、磁铁（10）、霍尔传感器（11）和微控制器MCU，所述弹簧伸缩机构包括活动铰接点（3）、弹簧顶杆（4）、弹簧（5）、锁母（6）、弹簧螺套（）7和固定铰接点（8），所述弹簧顶杆（4）、弹簧（5）依次装入弹簧螺套（7）上，通过旋转锁母（6）来调节弹簧5的弹力大小；活动铰接点（3）和固定铰接点（8）分别位于弹簧伸缩机构的两端；所述测量轮组件（9）包括轮轴（9-1）、轴承（9-2）、轮毂（9-3）、胶轮（9-4），轮毂（9-3）与胶轮（9-4）组成测量轮，所述磁铁（10）嵌入测量轮内；所述摆动臂2为“L”形，一端通过活动铰接点（3）与弹簧伸缩机构相连接，另一端通过轮轴（9-1）与测量轮组件（9）相连接，中间位置装有固定螺柱（1）；所述霍尔传感器（11）固定在摆动臂（2）上，霍尔传感器（11）与微控制器MCU的信号输入端相连，微控制器MCU安装于机器人本体内部；在机器人本体的一侧装有测速装置安装板，测速装置安装板上开有滑动槽一和滑动槽二，本发明装置通过固定螺柱（1）、固定铰接点（8）固定在测速装置安装板上，所述活动铰接点（3）、测量轮组件（9）为自由端状态，可在滑动槽一、滑动槽二内自由滑动。
2.根据权利要求1所述的一种轨道式机器人测速、测加速度、测位移装置，其特征在于：所述轮毂（9-3）、胶轮（9-4）采用花键式沟槽设计，所述测量轮组件（9）还包括内隔套（9-5）、外隔套（9-6）、锁紧螺母（9-7），所述测量轮组件（9）通过内隔套（9-5）、外隔套（9-6）、锁紧螺母（9-7）固定在摆动臂（2）上。
3.一种基于权利要求1所述轨道式机器人测速、测加速度、测位移装置的轨道式机器人测速、测加速度、测位移方法，其特征是：该方法包括以下步骤：
S1：机器人在轨道上运行时，测量轮作为从动轮随机器人转动，测量轮内浇铸的磁铁（10）也随之旋转；
S2：测量轮每旋转一周，霍尔传感器(11)相应检测到一次磁铁10，产生一个脉冲信号；
S3：微控制器MCU接收到霍尔传感器(11)输出的脉冲信号，并根据机器人的前进、后退累加正负的脉冲数；
S4：计算模块根据测量轮输出脉冲数及测量轮的外径周长，计算机器人的位移量；
S5：计算模块根据单位时间内测量轮输出脉冲个数及测量轮的外径周长,计算机器人的实时速度及加速度。
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