CN109511274A - 万向轮测速装置、方法及系统、打滑检测方法、可移动电子设备、路径纠正方法及装置 - Google Patents

万向轮测速装置、方法及系统、打滑检测方法、可移动电子设备、路径纠正方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开的万向轮测速装置通过在活动杆的一端设置磁性元件，另一端通过传动机构与所述万向轮连接，霍尔传感器位于所述活动杆的一侧并与所述磁性元件相对，所述活动杆通过所述传动机构随所述万向轮的转动做往复循环运动，从而带动所述磁性元件做靠近和远离所述线性霍尔传感器的往复循环运动，所述线性霍尔传感器在所述磁性元件的往复循环运动中持续输出模拟信号值，能有效克服现有技术通过仅简单检测万向轮是否运动对机器人的驱动轮是否打滑进行判断存在的缺陷，能获得连续的信号并量化万向轮的速度，利于轮式移动机器人的打滑检测和路径纠正。

Description

万向轮测速装置、方法及系统、打滑检测方法、可移动电子设 备、路径纠正方法及装置
技术领域
本发明涉及机器人领域，尤其涉及万向轮测速装置、方法及系统、打滑检测方法、可移动电子设备、路径纠正方法及装置。
背景技术
随着社会的发展和科技的进步，智能家居越来越贴近人们的生活。目前，一种智能清洁机器人正在逐渐的进入普通家庭，代替人工进行地面清洁任务。这类的智能清洁机器人通常是由两个驱动轮和一个从动轮支撑，驱动轮由马达直接驱动，用以提供前进动力，从动轮一般包括万向轮和辅助轮，用以帮助保持平衡。
然而，当地面情况比较复杂时，驱动轮常会出现打滑的现象，比如地面比较光滑或者机器人被搁浅，此时，虽然驱动轮仍继续转动，但机器人无法正常行驶，驱动轮的滚动的距离和机器人滑动距离并不一致。然而，此时机器人控制系统仍默认机器人处于正常工作状态，因此，机器人会继续工作直到电量低于某个值和没电时才停止工作，从而造成电能的大量浪费。
针对这一问题，现有的清洁机器人的一般通过检测万向轮的运动状态对机器人的驱动轮是否打滑进行判断。
如专利申请号201510013410.4的一个中国发明专利申请，其公开了一种万向轮测速装置，其通过传动机构和万向轮连接，万向轮滚动过程中，通过万向轮上的凸轮带动联动盘上下运动，使联动盘上的凸缘触发所述检测线路板的开关开合(例如，触发红外信号的阻断和接通)，当开关一直处于闭合或断开的状态时，则判断清洁机器人发生打滑。
在另一专利申请号为201510291805.0的中国发明专利申请中，其公开了一种扫地机器人的万向轮运动状态检测装置，其通过传动机构和万向轮连接，卡盘和传动机构连接，万向轮滚动时通过传动装置带动卡盘水平转动，卡盘上设有多组凸齿，凸齿两侧设有射线发射器和射线接收器，当射线接收器每隔一段时间接收到射线发射器发射出来的射线时，判断卡盘为转动状态，扫地机器人处于正常移动状态；当射线接收器收不到射线或一直收到射线时，判断卡盘为停止转动状态，扫地机器人在停止移动状态或发生空转。
现有技术通过上述方法检测机器人是否打滑存在以下缺陷：
(1)上述结构仅简单判断万向轮的是否运动状态，不能区分机器人的停止移动状态和驱动轮发生空转状态，不能有效检测机器人发生打滑现象；
(2)上述结构仅能通过万向轮的停止运动状态判断检测机器人发生打滑现象，不能有效判别对万向轮的速度和驱动轮的速度不一致时的情况。这种情况发生时，机器人默认机器人处于正常工作状态，因此，机器人仍然以两个驱动轮的速度获取机器人的移动位移，造成误差；
(3)上述结构根据万向轮的转动获得的是分立的信号，对于检测机器人发生打滑现象存在延迟现象，例如，当任意时刻发生打滑，采用申请号201510013410.4的方案进行打滑检测需等待较长时间(例如，设定的滚动轮的最长滚动周期)才能判定开关一直处于闭合或断开的状态时，从而判断机器人发生打滑并做出响应。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种万向轮测速装置、方法及系统、打滑检测方法、可移动电子设备、路径纠正方法及装置，能有效克服现有技术通过仅简单检测万向轮是否运动对机器人的驱动轮是否打滑进行判断存在的缺陷，能获得连续的信号并量化万向轮的速度，利于后续的应用。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种万向轮测速装置，包括万向轮、传动机构、活动杆和线性霍尔传感器，所述活动杆的一端设有磁性元件，所述活动杆的另一端通过传动机构与所述万向轮连接，所述线性霍尔传感器位于所述活动杆的一侧并与所述磁性元件相对；所述活动杆通过所述传动机构随所述万向轮的转动做往复循环运动，从而带动所述磁性元件做靠近和远离所述线性霍尔传感器的往复循环运动，所述线性霍尔传感器在所述磁性元件的往复循环运动中持续输出模拟信号值。
与现有技术相比，本发明公开的万向轮测速装置通过在活动杆的一端设置磁性元件，另一端通过传动机构与所述万向轮连接，霍尔传感器位于所述活动杆的一侧并与所述磁性元件相对，所述活动杆通过所述传动机构随所述万向轮的转动做往复循环运动，从而带动所述磁性元件做靠近和远离所述线性霍尔传感器的往复循环运动，所述线性霍尔传感器在所述磁性元件的往复循环运动中持续输出模拟信号值，能有效克服现有技术通过仅简单检测万向轮是否运动对机器人的驱动轮是否打滑进行判断存在的缺陷，能获得连续的信号并量化万向轮的速度，利于后续的应用。
作为上述方案的改进，所述传动机构包括第一摩擦轮和第二摩擦轮，所述第一摩擦轮和第二摩擦轮通过偏心轴对称连接，所述偏心轴与所述第一摩擦轮和第二摩擦轮的轴心均不对称，所述活动杆与所述偏心轴抵接，所述第一摩擦轮和第二摩擦轮分别与所述万向轮紧密抵接，所述万向轮在转动时驱动所述第一摩擦轮和第二摩擦轮滚动，从而带动所述活动杆随所述万向轮的转动做往复循环运动。
作为上述方案的改进，所述装置还包括压紧件，所述压紧件用于压紧所述第一摩擦轮和第二摩擦轮以使得所述第一摩擦轮和第二摩擦轮分别与所述万向轮紧密抵接。
作为上述方案的改进，所述装置还包括安装座，所述安装座的下部设有容纳所述万向轮的凹槽，所述万向轮的轮轴固定卡接于所述凹槽的侧壁，所述安装座的上部设有容纳所述第一摩擦轮和第二摩擦轮的收容腔，所述凹槽上设有对称的第一开口和第二开口，所述第一摩擦轮穿过所述第一开口与所述万向轮紧密抵接，且所述第二摩擦轮穿过第二开口与所述万向轮紧密抵接。
作为上述方案的改进，所述压紧件包括安装架和扭环，所述安装架包括第一连接臂、第二连接臂和横梁，所述第一连接臂的一端和第二连接臂的一端通过所述横梁连接，且所述扭环套接在所述横梁上，所述第一摩擦轮通过其上的转轴与所述第一连接臂的另一端可转动连接，所述第二摩擦轮通过其上的转轴与所述第二连接臂的另一端可转动连接。
作为上述方案的改进，所述收容腔内设有支架，所述支架包括依次连接的第一侧壁、第二侧壁和第三侧壁，所述第一侧壁和第三侧壁相对分布，所述横梁卡接于所述第一侧壁的卡槽和第三侧壁的卡槽，所述扭环分布于所述第一侧壁和第三侧壁之间，所述第一连接臂的一端设有挡块，所述扭环的一端与所述挡块抵接，所述扭环的另一端与所述第二侧壁的内表面抵接，以使得由所述扭环发生形变并产生恢复力压紧所述第一摩擦轮和第二摩擦轮与所述万向轮紧密抵接。
作为上述方案的改进，所述装置还包括上盖，所述上盖上设有压块，所述压块用于与所述支架配合以压紧所述扭环的另一端所述第二侧壁的内表面抵接。
作为上述方案的改进，所述安装座的收容腔内还设有止转柱，所述上盖上设有止转孔，所述止转柱插入所述止转孔以防止所述压块和所述支架的位置发生偏移。
作为上述方案的改进，所述第一摩擦轮和第二摩擦轮的滚动面均为锥齿面。
作为上述方案的改进，所述上盖还设有第三开口和第四开口，所述第一摩擦轮的滚动面从所述第三开口伸出，所述第二摩擦轮的滚动面从所述第四开口伸出。
本发明实施例还提供了一种万向轮测速方法，适用于上述任一项所述的万向轮测速装置，包括步骤：
根据所述线性霍尔传感器实时输出的模拟信号值和预设的对应关系获取不同时刻所述万向轮相对初始状态的转动角度；其中，所述对应关系为所述线性霍尔传感器输出的模拟信号值和所述万向轮相对初始状态的转动角度的对应关系；
根据所述万向轮相对初始状态的转动角度实时计算所述万向轮转动的速度。
与现有技术相比，本发明公开的万向轮测速方法通过根据所述线性霍尔传感器实时输出的模拟信号值和预设的对应关系获取不同时刻所述万向轮相对初始状态的转动角度，根据所述万向轮相对初始状态的转动角度实时计算所述万向轮转动的速度，能有效解决现有技术不能有效量化万向轮速度的问题，实时计算万向轮的速度，为后续的打滑检测和路径纠正提供参考。
作为上述方案的改进，所述线性霍尔传感器输出的模拟信号值和所述万向轮相对于初始状态的转动角度的对应关系通过以下步骤获取：
在所述万向轮以预设的角速度匀速运动的过程中，获取所述线性霍尔传感器输出的模拟信号值随时间变化曲线；
截取所述线性霍尔传感器的模拟信号值随时间变化曲线的第一个周期的曲线，以预设的频率对所述第一个周期的曲线进行采样，根据每一采样的信号值和时间的对应关系获取所述线性霍尔传感器的模拟信号值和所述万向轮相对于初始状态的转动角度的对应关系列表；其中，所述万向轮相对于初始状态的转动角度等于所述角速度和时间的乘积。
作为上述方案的改进，所述线性霍尔传感器输出的模拟信号值和所述万向轮相对于初始状态的转动角度的对应关系通过以下公式获取：
θ＝sin-1[(aB+b)/r]+α
其中，B为所述线性霍尔传感器感应到所述磁性元件的模拟信号值，a和b为调整参数，r为所述第一摩擦轮/第二摩擦轮的轴心与所述偏心轴的轴心所在的直线与活动杆底表面的交点到所述万向轮的轴心的距离，θ为所述万向轮相对于初始状态的转动角度，α为标准角度。
作为上述方案的改进，所述线性霍尔传感器输出的模拟信号值和所述万向轮相对于初始状态的转动角度的对应关系通过以下公式获取：
θ＝arcsin{(Hnow-Hmid)/[(Hmax-Hmin)/2)]}
其中，Hnow为当前磁场大小，Hmin为磁场极小值，Hmid为磁场中值，Hmax为磁场极大值，θ为所述万向轮相对于初始状态的转动角度。
作为上述方案的改进，所述根据所述万向轮相对初始状态的转动角度实时计算所述万向轮转动的速度通过以下公式获取：
其中，U为所述线性霍尔传感器实时输出的电压值，t为时刻，θ为所述万向轮相对初始状态的转动角度，八θ)为所述万向轮相对初始状态的转动角度和所述线性霍尔传感器实时输出的电压值的函数关系，w为万向轮的角速度。
作为上述方案的改进，所述根据所述万向轮相对初始状态的转动角度实时计算所述万向轮转动的速度通过以下公式获取：
ω＝2π(θ2-θ1)/180T
其中，ω为万向轮的角速度，T为扫描万向轮的转动角度的周期，θ1为上一周期检测到的万向轮的转动角度，θ2为当前周期检测到的万向轮的转动角度；其中，T远少于所述万向轮本身的转动周期。
发明实施例还提供了一种万向轮测速系统，包括：
上述任一项所述的万向轮测速装置，用于通过所述线性霍尔传感器输出模拟信号值；
控制器，用于根据所述线性霍尔传感器实时输出的模拟信号值和预设的对应关系获取不同时刻所述万向轮相对初始状态的转动角度，根据所述万向轮相对初始状态的转动角度实时计算所述万向轮转动的速度；其中，所述对应关系为所述线性霍尔传感器输出的模拟信号值和所述万向轮相对初始状态的转动角度的对应关系。
作为上述方案的改进，所述万向轮测速系统还包括信号采集器，用于在所述万向轮以预设的角速度匀速前进的过程中，获取所述线性霍尔传感器输出的模拟信号值随时间变化曲线；
所述控制器还用于截取所述线性霍尔传感器的模拟信号值随时间变化曲线的第一个周期的曲线，以预设的频率对所述第一个周期的曲线进行采样，根据每一采样的信号值和时间的对应关系获取所述线性霍尔传感器的模拟信号值和所述万向轮相对于初始状态的转动角度的对应关系列表；其中，所述万向轮相对于初始状态的转动角度等于所述角速度和时间的乘积。
作为上述方案的改进，所述控制器通过以下公式获取所述线性霍尔传感器的模拟信号值和所述万向轮相对于初始状态的转动角度的对应关系列表：
θ＝sin-1[(aB+b)/r]+α
其中，B为所述线性霍尔传感器感应到所述磁性元件的模拟信号值，a和b为调整参数，r为所述第一摩擦轮/第二摩擦轮的轴心与所述偏心轴的轴心所在的直线与活动杆底表面的交点到所述万向轮的轴心的距离，θ为所述万向轮相对于初始状态的转动角度，α为标准角度。
作为上述方案的改进，所述控制器通过以下公式获取所述线性霍尔传感器输出的模拟信号值和所述万向轮相对于初始状态的转动角度的对应关系：
θ＝arcsin{(Hnow-Hmid)/[(Hmax-Hmin)/2)]}
其中，Hnow为当前磁场大小，Hmin为磁场极小值，Hmid为磁场中值，Hmax为磁场极大值，θ为所述万向轮相对于初始状态的转动角度。
作为上述方案的改进，所述控制器根据以下公式获取所述万向轮相对初始状态的转动角度实时计算所述万向轮转动的速度通过：
其中，U为所述线性霍尔传感器实时输出的电压值，t为时刻，θ为所述万向轮相对初始状态的转动角度，f(θ)为所述万向轮相对初始状态的转动角度和所述线性霍尔传感器实时输出的电压值的函数关系，w为万向轮的角速度。
所述控制器根据以下公式获取所述万向轮相对初始状态的转动角度实时计算所述万向轮转动的速度通过：
ω＝2π(θ2-θ1)/180T
ω为万向轮的角速度，T为扫描万向轮的转动角度的周期，θ1为上一周期检测到的万向轮的转动角度，θ2为当前周期检测到的万向轮的转动角度；其中，T远少于所述万向轮本身的转动周期。
本发明实施例还提供了一种打滑检测方法，适用于一可移动电子设备，所述可移动电子设备包括第一驱动轮、第二驱动轮和上述任一项所述的万向轮测速装置，包括步骤：
根据所述线性霍尔传感器实时输出的模拟信号值和预设的对应关系获取不同时刻所述万向轮相对初始状态的转动角度；其中，所述对应关系为所述线性霍尔传感器输出的模拟信号值和所述万向轮相对初始状态的转动角度的对应关系；
根据所述万向轮相对初始状态的转动角度实时计算所述万向轮转动的速度；
当所述第一驱动轮的速度和所述第二驱动轮的速度的差值小于预设的第一速度阈值时，则确定所述可移动电子设备做直线运动；当所述第一驱动轮的速度和所述第二驱动轮的速度的差值大于预设的第一速度阈值时，则确定所述可移动电子设备做曲线运动；
若确定所述可移动电子设备做直线运动，计算当前时刻所述万向轮的速度和所述第一驱动轮或者第二驱动轮的速度的第一差值；
当所述第一差值大于预设的第二速度阈值时，记录所述第一差值大于预设的第一速度阈值的第一持续时间，当所述第一持续时间大于预设的第一时间阈值时，确定所述可移动电子设备发生打滑；
若确定所述可移动电子设备做曲线运动，根据所述第一驱动轮的速度和第二驱动轮的速度计算所述万向轮的理论速度，计算当前时刻所述万向轮的速度和所述理论速度的第二差值；
当所述第二差值大于第二速度阈值时，记录所述第二差值大于第二速度阈值的第二持续时间；当所述第二持续时间大于预设的第二时间阈值时，则确定所述可移动电子设备发生打滑。第一驱动轮或者第二驱动轮第一驱动轮或者第二驱动轮
与现有技术相比，本发明公开的打滑检测方法通过实时获取变化的万向轮的速度，并根据可移动电子设备不同的运动状态将万向轮的速度与第一驱动轮或者第二驱动轮的速度或参考速度进行比较，能有效检测驱动轮滚动的距离和可移动电子设备滑动的距离不一致的情况，功能更完善，更利于推广使用。
作为上述方案的改进，所述线性霍尔传感器输出的模拟信号值和所述万向轮相对于初始状态的转动角度的对应关系通过以下步骤获取：
在所述万向轮以预设的角速度匀速运动的过程中，获取所述线性霍尔传感器输出的模拟信号值随时间变化曲线；
截取所述线性霍尔传感器的模拟信号值随时间变化曲线的第一个周期的曲线，以预设的频率对所述第一个周期的曲线进行采样，根据每一采样的信号值和时间的对应关系获取所述线性霍尔传感器的模拟信号值和所述万向轮相对于初始状态的转动角度的对应关系列表；其中，所述万向轮相对于初始状态的转动角度等于所述角速度和时间的乘积。
作为上述方案的改进，所述线性霍尔传感器输出的模拟信号值和所述万向轮相对于初始状态的转动角度的对应关系通过以下公式获取：
θ＝sin-1[(aB+b)/r]+α
其中，B为所述线性霍尔传感器感应到所述磁性元件的模拟信号值，a和b为调整参数，r为所述第一摩擦轮/第二摩擦轮的轴心与所述偏心轴的轴心所在的直线与活动杆底表面的交点到所述万向轮的轴心的距离，θ为所述万向轮相对于初始状态的转动角度。α为标准角度。
作为上述方案的改进，所述线性霍尔传感器输出的模拟信号值和所述万向轮相对于初始状态的转动角度的对应关系通过以下公式获取：
θ＝arcsin{(Hnow-Hmid)/[(Hmax-Hmin)/2)]}
其中，Hnow为当前磁场大小，Hmin为磁场极小值，Hmid为磁场中值，Hmax为磁场极大值，θ为所述万向轮相对于初始状态的转动角度。
作为上述方案的改进，所述根据所述万向轮相对初始状态的转动角度实时计算所述万向轮转动的速度通过以下公式获取：
其中，U为所述线性霍尔传感器实时输出的电压值，t为时刻，θ为所述万向轮相对初始状态的转动角度，f(θ)为所述万向轮相对初始状态的转动角度和所述线性霍尔传感器实时输出的电压值的函数关系，w为万向轮的角速度。
作为上述方案的改进，所述根据所述万向轮相对初始状态的转动角度实时计算所述万向轮转动的速度通过以下公式获取：
ω＝2π(θ2-θ1)/180T
ω为万向轮的角速度，T为扫描万向轮的转动角度的周期，θ1为上一周期检测到的万向轮的转动角度，θ2为当前周期检测到的万向轮的转动角度；其中，T远少于所述万向轮本身的转动周期。
作为上述方案的改进，所述方法还包括步骤：
当任意时刻检测到所述可移动电子设备发生打滑，且所述可移动电子设备向前做直线运动时，控制所述可移动电子设备后退K1cm后转弯P1°避开；
当任意时刻检测到所述可移动电子设备发生打滑，且所述可移动电子设备向后做直线运动时，控制所述可移动电子设备前进K2cm后转弯P2°避开；
当任意时刻检测到所述可移动电子设备发生打滑，所述可移动电子设备向前做曲线线运动时，控制所述可移动电子设备后退K3cm后转弯P3°避开；
当任意时刻检测到所述可移动电子设备发生打滑，且所述可移动电子设备向后做曲线运动时，控制所述可移动电子设备前进K4cm后转弯P4°避开。
本发明实施例还提供了一种可移动电子设备，所述可移动电子设备包括第一驱动轮、第二驱动轮、第一编码器、第二编码器、权利要求1-10任一项所述的万向轮测速装置、控制器和存储器；其中，
所述第一编码器，用于实时检测所述第一驱动轮的速度；
所述第二编码器，用于实时检测所述第二驱动轮的速度；
所述控制器，用于执行存储在存储器中的以下程序模块：
万向轮速度计算模块，用于根据所述线性霍尔传感器实时输出的模拟信号值和预设的对应关系获取不同时刻所述万向轮相对初始状态的转动角度，并根据所述万向轮相对初始状态的转动角度实时计算所述万向轮转动的速度；其中，所述对应关系为所述线性霍尔传感器输出的模拟信号值和所述万向轮相对初始状态的转动角度的对应关系；
运动方式判断模块，用于当所述第一驱动轮的速度和所述第二驱动轮的速度的差值小于预设的第一速度阈值时，则确定所述可移动电子设备做直线运动；当所述第一驱动轮的速度和所述第二驱动轮的速度的差值大于预设的第一速度阈值时，则确定所述可移动电子设备做曲线运动；
第一差值计算模块，若确定所述可移动电子设备做直线运动，计算当前时刻所述万向轮的速度和所述第一驱动轮或者第二驱动轮的速度的第一差值；
第一打滑判定模块，用于当所述第一差值大于预设的第二速度阈值时，记录所述第一差值大于预设的第一速度阈值的第一持续时间，当所述第一持续时间大于预设的第一时间阈值时，确定所述可移动电子设备发生打滑；
第二差值计算模块，用于若确定所述可移动电子设备做曲线运动，根据所述第一驱动轮的速度和第二驱动轮的速度计算所述万向轮的理论速度，计算当前时刻所述万向轮的速度和所述理论速度的第二差值；
第二打滑判定模块，用于当所述第二差值大于第二速度阈值时，记录所述第二差值大于第二速度阈值的第二持续时间；当所述第二持续时间大于预设的第二时间阈值时，则确定所述可移动电子设备发生打滑。第一驱动轮或者第二驱动轮
作为上述方案的改进，所述控制器还用于执行存储在存储器中的以下程序模块：：
第一控制模块，用于当任意时刻检测到所述可移动电子设备发生打滑，且所述可移动电子设备向前做直线运动时，控制所述第一驱动轮和第二驱动轮的转动速度和转动方向以使得所述可移动电子设备后退K1cm后转弯P1°避开；
第二控制模块，用于当任意时刻检测到所述可移动电子设备发生打滑，且所述可移动电子设备向后做直线运动时，控制所述第一驱动轮和第二驱动轮的转动速度和转动方向以使得所述可移动电子设备前进K2cm后转弯P2°避开；
第三控制模块，用于当任意时刻检测到所述可移动电子设备发生打滑，所述可移动电子设备向前做曲线线运动时，控制所述第一驱动轮和第二驱动轮的转动速度和转动方向以使得所述可移动电子设备后退K3cm后转弯P3°避开；
第四控制模块，用于当任意时刻检测到所述可移动电子设备发生打滑，且所述可移动电子设备向后做曲线运动时，控制所述第一驱动轮和第二驱动轮的转动速度和转动方向以使得所述可移动电子设备前进K4cm后转弯P4°避开。
本发明实施例还提供了一种路径纠正方法，包括步骤：
采用上述任意一项所述的打滑检测方法判断所述可移动电子设备是否发生打滑；
当任意时刻判断所述可移动电子设备发生打滑时，记录所述可移动电子设备持续打滑的时间；
根据所述可移动电子设备持续打滑的时间对所述可移动电子设备的路径进行纠正。
本发明实施例还提供了一种路径纠正装置，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的路径纠正方法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上所述的路径纠正方法。
附图说明
图1是本发明实施例1中一种万向轮测速装置的分解示意图。
图2是本发明实施例1中安装座的俯视图。
图3是本发明实施例1中安装座的另一俯视图。
图4是本发明实施例1中万向轮测速装置的纵剖面图。
图5是本发明实施例1中万向轮测速装置的立体图。
图6是本发明实施例2中一种万向轮测速方法的流程示意图。
图7是本发明实施例2中万向轮测速的过程示意图。
图8是本发明实施例3中一种万向轮测速系统的结构示意图。
图9是本发明实施例4中一种打滑检测方法的流程示意图。
图10是本发明实施例3中一种检测打滑的过程示意图。
图11是本发明实施例5中一种可移动电子设备的结构示意图。
图12是本发明实施例6中一种路径纠正方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1至图5，本发明实施例提供的万向轮测速装置包括万向轮1、传动机构2、活动杆3和线性霍尔传感器4，所述活动杆3的一端设有磁性元件5，所述活动杆3的另一端通过传动机构2与所述万向轮1连接，所述线性霍尔传感器4位于所述活动杆3的一侧并与所述磁性元件5相对；所述活动杆3通过所述传动机构2随所述万向轮1的转动做往复循环运动，从而带动所述磁性元件5做靠近和3远离所述线性霍尔传感器4的往复循环运动，所述线性霍尔传感器4在所述磁性元件5的往复循环运动中持续输出模拟信号值。
其中，所述磁性元件5包括磁铁等，需要说明的是，只要是能产生磁场的元件均在本发明的保护范围之内。
基于上述方案，所述万向轮1能带动磁性元件5做靠近和远离所述线性霍尔传感器4的往复循环运动，从而所述线性霍尔传感器4在所述磁性元件5的往复循环运动中持续输出模拟信号值，该模拟信号值随时间的变化而连续变化，从而可实时计算滚动轮的速度，方便轮式移动机器人的打滑检测以及路径矫正。
如图1所示，所述万向轮测速装置还包括安装座6、上盖7和压紧件，所述传动机构2包括第一摩擦轮21和第二摩擦轮22，所述第一摩擦轮21和第二摩擦轮22通过偏心轴23对称连接，所述偏心轴23与所述第一摩擦轮21和第二摩擦轮22的轴心均不对称，所述活动杆3与所述偏心轴23抵接，所述第一摩擦轮21和第二摩擦轮22分别与所述万向轮1的外表面紧密抵接，所述万向轮1在转动时驱动所述第一摩擦轮21和第二摩擦轮22滚动，从而带动所述活动杆3随所述万向轮1的转动做往复循环运动。如图1所示，所述万向轮1为中间宽、两边窄的鼓形轮，所述第一摩擦轮21和第二摩擦轮22优选为具有锥齿面的滚动轮以与鼓状的万向轮1配合，增大万向轮1和第一摩擦轮21、第二摩擦轮22的接触面积，从而有效带动第一摩擦轮21和第二摩擦轮22滚动。需要说明的是，只要能使第一摩擦轮21和第二摩擦轮22与万向轮1同步转动的表面均在本发明的保护范围内。
如图2至图3所示所示，所述安装座6的下部设有容纳所述万向轮1的凹槽61，所述万向轮1的轮轴固定卡接于所述凹槽61的侧壁，所述安装座6的上部设有容纳所述第一摩擦轮21和第二摩擦轮22的收容腔62，所述凹槽61上设有对称的第一开口63和第二开口64，所述第一摩擦轮21穿过所述第一开口63与所述万向轮1紧密抵接，且所述第二摩擦轮22穿过第二开口64与所述万向轮1紧密抵接。所述收容腔62内设有支架，所述支架包括依次连接的第一侧壁621、第二侧壁622和第三侧壁623，所述第一侧壁621和第三侧壁623相对分布。
参见图1至图4，所述压紧件用于压紧所述第一摩擦轮21和第二摩擦轮22以使得所述第一摩擦轮21和第二摩擦轮22分别与所述万向轮1紧密抵接。所述压紧件包括安装架81和扭环82，所述安装架81包括第一连接臂811、第二连接臂812和横梁813，所述第一连接臂811的一端和第二连接臂812的一端通过所述横梁813连接，且所述扭环82套接在所述横梁813上，所述第一摩擦轮21通过其上的转轴与所述第一连接臂811的另一端可转动连接，所述第二摩擦轮22通过其上的转轴与所述第二连接臂812的另一端可转动连接。所述横梁813卡接于所述第一侧壁621的卡槽和第三侧壁623的卡槽，所述扭环82分布于所述第一侧壁621和第三侧壁623之间，所述第一连接臂811的一端设有挡块，所述扭环82的一端与所述挡块抵接，所述扭环82的另一端与所述第二侧壁622的内表面抵接，从而使得所述扭环82发生形变并产生恢复力压紧所述第一摩擦轮21和第二摩擦轮22与所述万向轮1紧密抵接。
如图4所示，所述上盖7上设有压块71，所述压块71用于与所述支架配合以压紧所述扭环82的另一端所述第二侧壁622抵接。所述安装座6的收容腔62内还设有止转柱65，所述上盖7上设有止转孔72，所述止转柱65插入所述止转孔72中，可以有效防止所述压块71和所述支架的位置发生偏移，使扭环82保持形变状态从而产生恢复力压紧第一摩擦轮21和第二摩擦轮22。
当所述上盖7与安装座6配合安装后，所述止转柱65插入所述止转孔72中，所述压块71能与所述支架配合以压紧所述扭环82的另一端所述第二侧壁622抵接，从而所述扭环82发生形变并产生恢复力压紧所述第一摩擦轮21和第二摩擦轮22与所述万向轮1紧密抵接。在万向轮1发生转动时，由于万向轮1和第一摩擦轮21、第二摩擦轮22之间的表面摩擦力会带动第一摩擦轮21和第二摩擦轮22同步转动。而偏心轴23与所述第一摩擦轮21和第二摩擦轮22的轴心均不对称，因此，偏心轴23随第一摩擦轮21和第二摩擦轮22的转动而绕两者的轴心连线做圆周运动，进而带动与其抵接的活动杆3做往复循环运动，活动杆3的往复循环运动会带动设于其一端的磁性元件5做靠近和远离所述线性霍尔传感器4的往复循环运动，所述线性霍尔传感器4感应到的磁场强度在逐渐变强和逐渐变弱之间循环变化，所述线性霍尔传感器4在所述磁性元件5的往复循环运动中持续输出连续变化的模拟信号值。而万向轮1停止转动时，活动杆3保持不动，设于其一端的磁性元件5也保持不动，所述线性霍尔传感器4感应到的磁场强度保持不变，则所述线性霍尔传感器4输出不变的模拟信号值。根据输出的模拟信号值和时间的变化曲线，可分析其斜率获得万向轮1的实时速度，有利于后续的打滑检测以及路径矫正。
如图5所示，所述上盖7还设有第三开口73和第四开口74，所述第一摩擦轮21的滚动面从所述第三开口73伸出，所述第二摩擦轮22的滚动面从所述第四开口74伸出，从而可压缩整个装置的体积，使所述收容腔62内的部件布局更紧凑。所述上盖7还设有导向套，活动杆3的一端从所述导向套中伸出，该设置能够使活动杆3保持平衡，不会在进行往复循环运动中发生倾倒。
参见图6，为本发明实施例2提供的一种万向轮测速方法的流程示意图，适用于以上的万向轮测速装置，包括步骤：
S21、根据所述线性霍尔传感器4实时输出的模拟信号值和预设的对应关系获取不同时刻所述万向轮1相对初始状态的转动角度；其中，所述对应关系为所述线性霍尔传感器4输出的模拟信号值和所述万向轮1相对初始状态的转动角度的对应关系；
S22、通过不同时刻所述万向轮1相对初始状态的转动角度实时计算所述万向轮1转动的速度。
具体的，当输出的是模拟信号值为电压值时，则可通过根据输出的模拟信号值和时间的变化曲线，可分析其斜率获得万向轮1的实时速度。在实际应用中，可通过以下公式计算万向轮1的角速度：
其中，U为所述线性霍尔传感器4实时输出的电压值，t为时刻，θ为所述万向轮1相对初始状态的转动角度，f(θ)为所述万向轮1相对初始状态的转动角度和所述线性霍尔传感器4实时输出的电压值的函数关系，w为万向轮1的角速度。
除此之外，还可通过以下公式获取计算所述万向轮转动的速度：
ω＝2π(θ2-θ1)/180T
其中，ω为万向轮1的角速度，T为检测万向轮1的转动角度的周期，θ1为上一周期检测到的万向轮的转动角度，θ2为当前周期检测到的万向轮的转动角度。需要注意的是，T远少于所述万向轮1本身的转动周期(例如，T<t/100，t为所述万向轮1的转动周期)，否则计算得到的角速度会有较大误差。
可以理解的，通过万向轮1的角速度可计算万向轮1的线速度，具体公式为：
v＝wr 公式(2)
其中，v为万向轮1的角速度，r为所述万向轮1的半径。
优选地，所述线性霍尔传感器4输出的模拟信号值和所述万向轮1相对于初始状态的转动角度的对应关系通过标定法获取，具体为：
在所述万向轮1以预设的角速度匀速运动的过程中，获取所述线性霍尔传感器4输出的模拟信号值随时间变化曲线；
截取所述线性霍尔传感器4的模拟信号值随时间变化曲线的第一个周期的曲线，以预设的频率对所述第一个周期的曲线进行采样，根据每一采样的信号值和时间的对应关系获取所述线性霍尔传感器4的模拟信号值和所述万向轮1相对于初始状态的转动角度的对应关系列表；其中，所述万向轮1相对于初始状态的转动角度等于所述角速度和时间的乘积。
在另一优选实施例中，所述线性霍尔传感器4输出的模拟信号值和所述万向轮1相对于初始状态的转动角度的对应关系通过公式转换法获取，如图7所示，当万向轮1发生转动，带动传动机构旋转，设时间Δt内磁性元件5相对于初始位置的位移d，所述线性霍尔传感器44感应到的磁场强度B与磁性元件5相对于初始位置的位移d的线性函数关系为：
d＝aB+b 公式(3)
其中，a和b为调整参数。如图7所示，设在时间Δt内第一摩擦轮21/第二摩擦轮22转动的角度(即万向轮1转动角度)为θ，则可得关系式为:
θ＝α+β 公式(4)
sinβ＝d/r 公式(5)
结合根据公式(3)、公式(4)和公式(5)可得：
θ＝sin-1[(aB+b)/r]+α 公式(6)
其中，B为所述线性霍尔传感器4感应到磁铁的模拟信号值，a和b为调整参数，r为所述第一摩擦轮21/第二摩擦轮22的轴心与所述偏心轴23的轴心所在的直线与活动杆3底表面的交点到所述万向轮1的轴心的距离；在实际应用中，r可粗略估计为所述偏心轴23的半径和所述第一摩擦轮21/第二摩擦轮22的轴心到所述偏心轴23的轴心的距离的和。一般来说，B为所述线性霍尔传感器44感应到的电感强度值。
除了以上公开的方式外，还可根据以下公式获取所述线性霍尔传感器输出的模拟信号值和所述万向轮1相对于初始状态的转动角度的对应关系：
θ＝arcsin{(Hnow-Hmid)/[(Hmax-Hmin)/2)]} 公式(7)
其中，Hnow为当前磁场大小，Hmin为磁场极小值，Hmid为磁场中值，Hmax为磁场极大值，θ为所述万向轮相对于初始状态的转动角度。
需要说明的是，万向轮1的转动会带动所述磁性元件5周期性的上下移动，所述线性霍尔传感器4可检测出磁场大小随所述磁性元件5的移动而变化，则所述线性霍尔传感器4检测到周期性变化的磁场信号。在本发明实施例中，所述万向轮1每转动一圈，所述线性霍尔传感器4生成一个类正弦函数曲线的磁场信号。当所述磁性元件5离所述线性霍尔传感器4最近时，磁场强度最大，为所述类正弦函数曲线的波峰，当所述磁性元件5离所述线性霍尔传感器4最远时，磁场强度最小，为所述类正弦函数曲线的波谷。因此，磁场强度的最大值和最小值与所述磁性元件5相对所述线性霍尔传感器4的距离有关，由于所述磁性元件5相对所述线性霍尔传感器4的最大距离和最小值是确定的，因此所述磁场强度的最大值和最小值也很容易确定。在此处，Hmin为所述磁性元件5离所述线性霍尔传感器4最远时的磁场强度，Hmax为所述磁性元件5离所述线性霍尔传感器4最近时的磁场强度，Hmid为所述磁性元件5位于最远距离和最近距离的中间位置的磁场强度，Hnow为实时获取到的磁场强度。
则根据公式(6)可根据线性霍尔传感器44感应到的随时间变化的电感强度值获得不同时刻所述万向轮1相对于初始状态的转动角度，则可计算万向轮1的角速度和线速度。
需要说明的是，本实施例采用的万向轮测速方法能根据连续变化的模拟信号实时获取万向轮1的速度，和现有技术通过分立的数字信号计算万向轮1的速度相比，更能准确量化万向轮1的行驶速度，以作为后续检测打滑和路径纠正的有效参考。
参见图8，为本发明实施例3提供的一种万向轮测速系统的结构示意图，包括：
万向轮测速装置31，用于通过所述线性霍尔传感器4输出模拟信号值；其中，该万向轮测速装置31采用上述任一实施例公开的万向轮测速装置31。
控制器32，用于根据所述线性霍尔传感器4实时输出的模拟信号值和预设的对应关系获取不同时刻所述万向轮1相对初始状态的转动角度，根据所述万向轮1相对初始状态的转动角度实时计算所述万向轮1转动的速度；其中，所述对应关系为所述线性霍尔传感器4输出的模拟信号值和所述万向轮1相对初始状态的转动角度的对应关系。
优选地，所述万向轮测速系统还包括信号采集器，用于在所述万向轮1以预设的角速度匀速前进的过程中，获取所述线性霍尔传感器4输出的模拟信号值随时间变化曲线；
所述控制器32还用于截取所述线性霍尔传感器4的模拟信号值随时间变化曲线的第一个周期的曲线，以预设的频率对所述第一个周期的曲线进行采样，根据每一采样的信号值和时间的对应关系获取所述线性霍尔传感器4的模拟信号值和所述万向轮1相对于初始状态的转动角度的对应关系列表；其中，所述万向轮1相对于初始状态的转动角度等于所述角速度和时间的乘积。
在另一优选实施例中，所述控制器32通过以下公式获取所述线性霍尔传感器4的模拟信号值和所述万向轮1相对于初始状态的转动角度的对应关系列表：
θ＝sin-1[(aB+b)/r]+α
其中，B为所述线性霍尔传感器4感应到所述磁性元件5的模拟信号值，a和b为调整参数，r为所述第一摩擦轮/第二摩擦轮的轴心与所述偏心轴的轴心所在的直线与活动杆底表面的交点到所述万向轮的轴心的距离，θ为所述万向轮相对于初始状态的转动角度，α为标准角度。
除了以上公开的方式外，所述控制器32还可根据以下公式获取所述线性霍尔传感器4输出的模拟信号值和所述万向轮1相对于初始状态的转动角度的对应关系：
θ＝arcsin{(Hnow-Hmid)/[(Hmax-Hmin)/2)]}
其中，Hnow为当前磁场大小，Hmin为磁场极小值，Hmid为磁场中值，Hmax为磁场极大值，θ为所述万向轮1相对于初始状态的转动角度。
本实施例中的万向轮测速系统的实施过程和工作过程可参考上述对万向轮测速方法的描述，在此不再赘述。
参见图9，为本发明实施例4提供的一种打滑检测方法的流程示意图，适用于一可移动电子设备，所述可移动电子设备包括第一驱动轮、第二驱动轮和以上任一实施例公开的万向轮测速装置，包括步骤：
S41、根据所述线性霍尔传感器4实时输出的模拟信号值和预设的对应关系获取不同时刻所述万向轮1相对初始状态的转动角度；其中，所述对应关系为所述线性霍尔传感器4输出的模拟信号值和所述万向轮相对初始状态的转动角度的对应关系；
S42、根据所述万向轮1相对初始状态的转动角度实时计算所述万向轮1转动的速度；
S43、当所述第一驱动轮的速度和所述第二驱动轮的速度的差值小于预设的第一速度阈值时，则确定所述可移动电子设备做直线运动；当所述第一驱动轮的速度和所述第二驱动轮的速度的差值大于预设的第一速度阈值时，则确定所述可移动电子设备做曲线运动；
S44、若确定所述可移动电子设备做直线运动，计算当前时刻所述万向轮1的速度和所述第一驱动轮或者第二驱动轮的速度的第一差值；
S45、当所述第一差值大于预设的第一速度阈值时，记录所述第一差值大于预设的第一速度阈值的第一持续时间，当所述第一持续时间大于预设的第一时间阈值时，确定所述可移动电子设备发生打滑；
S46、若确定所述可移动电子设备做曲线运动，根据所述第一驱动轮的速度和第二驱动轮的速度计算所述万向轮1的理论速度，计算当前时刻所述万向轮1的速度和所述理论速度的第二差值；
S47、当所述第二差值大于第二速度阈值时，记录所述第二差值大于第二速度阈值的第二持续时间；当所述第二持续时间大于预设的第二时间阈值时，则确定所述可移动电子设备发生打滑。
需要说明的是，本实施例公开的方法适用于轮式移动机器人(Wheeled MobileRobot,WMR)，轮式移动机器人由车体、两个驱动轮和一个随动轮组成，随动轮在运动过程中起支撑作用，其在之前的运动学模型中的影响忽略不计，近年来开始研究其的运动状态以检测机器人打滑或遇到障碍物而停止的现象。通过控制左驱动轮、右驱动轮的电动机的转动速度和方向可控制轮式移动机器人的行驶方向和速度，当左驱动轮和右驱动轮存在速度差时，轮式移动机器人会发生转弯，例如，左驱动轮的速度为-50cm/s，右驱动轮的速度为50cm/s，轮式移动机器人以其中心做转弯运动；而当左驱动轮和右驱动轮的速度均为50cm/s时，轮式移动机器人以其中心做直线向前运动。
在本实施例中，通过先确定可移动电子设备的不同运动状态，例如直线运动或曲线运动，再分情况具体分析可移动电子设备是否打滑。当可移动电子设备做直线运动，且判断当前时刻所述万向轮的速度和所述第一驱动轮或者第二驱动轮的速度的第一差值大于预设的第二速度阈值时，，记录所述第一差值大于预设的第一速度阈值第一驱动轮或者第二驱动轮的第一持续时间，当所述第一持续时间大于预设的第一时间阈值时，确定所述可移动电子设备发生打滑；当确定所述可移动电子设备做曲线运动，且判断当前时刻所述万向轮的速度和所述理论速度的第二差值大于第二速度阈值时，记录所述第二差值大于第二速度阈值的第二持续时间；当所述第二持续时间大于预设的第二时间阈值时，则确定所述可移动电子设备发生打滑。通过准确量化万向轮的速度，并将其应用于打滑判断中，不仅能检测万向轮停止转动而驱动轮空转的情况，还能检测万向轮仍然转动但其滚动距离和驱动轮滚动距离不一致的情况，功能更完善，符合实际应用的需求。
下面，以图10为例，对可移动电子设备做曲线运动的打滑检测进行说明，设第一驱动轮为图中的左驱动轮K1，第二驱动轮为图中的左驱动轮K2。当所述可移动电子设备4任意时刻以O点进行左转弯时，假设左驱动轮K1的速度为50cm/s，右驱动轮K2的速度为100cm/s，则根据各点和O点的距离比例关系，例如前端万向轮K3到O点的距离s1为80cm，右驱动轮K2到O点的距离s3为100cm，则可知万向轮K3的理论速度和右驱动轮K2的速度比为80/100＝4/5；因此，在正常行驶状态下，前端的万向轮K3的理论速度应为80cm/s，则在当前时刻下该万向轮K3的实际速度和理论速度80cm/s的第二差值大于预设的第二速度阈值时，记录所述第二差值大于预设的第二速度阈值的第二持续时间，当所述第二持续时间大于预设的第二时间阈值时，则确定所述可移动电子设备4发生打滑。
当检测到可移动电子设备发生打滑时，需要预设的避开策略摆脱打滑状态，例如，当任意时刻检测到所述可移动电子设备发生打滑，且所述可移动电子设备向前做直线运动时，控制所述可移动电子设备后退K1cm后转弯P1°避开；
当任意时刻检测到所述可移动电子设备发生打滑，且所述可移动电子设备向后做直线运动时，控制所述可移动电子设备前进K2cm后转弯P2°避开；
当任意时刻检测到所述可移动电子设备发生打滑，所述可移动电子设备向前做曲线线运动时，控制所述可移动电子设备后退K3cm后转弯P3°避开；
当任意时刻检测到所述可移动电子设备发生打滑，且所述可移动电子设备向后做曲线运动时，控制所述可移动电子设备前进K4cm后转弯P4°避开。
参见图11，是本发明实施例5提供的一种可移动电子设备的结构示意图，所述可移动电子设备包括第一驱动轮51、第二驱动轮52、第一编码器53、第二编码器54、上述一项所述的万向轮测速装置55、控制器56和存储器57；其中，
所述第一编码器53，用于实时检测所述第一驱动轮51的速度；
所述第二编码器54，用于实时检测所述第二驱动轮52的速度；
所述控制器56，用于执行存储在存储器57中的以下程序模块：
万向轮速度计算模块571，用于根据所述线性霍尔传感器4实时输出的模拟信号值和预设的对应关系获取不同时刻所述万向轮1相对初始状态的转动角度，并通过不同时刻所述万向轮1相对初始状态的转动角度实时计算所述万向轮1转动的速度；其中，所述对应关系为所述线性霍尔传感器4输出的模拟信号值和所述万向轮1相对初始状态的转动角度的对应关系；
运动方式判断模块572，用于当所述第一驱动轮51的速度和所述第二驱动轮52的速度的差值小于预设的第一速度阈值时，则确定所述可移动电子设备做直线运动；当所述第一驱动轮51的速度和所述第二驱动轮52的速度的差值大于预设的第一速度阈值时，则确定所述可移动电子设备做曲线运动；
第一差值计算模块573，若确定所述可移动电子设备做直线运动，计算当前时刻所述万向轮1的速度和所述第一驱动轮51或者第二驱动轮52的速度的第一差值；
第一打滑判定模块574，用于当所述第一差值大于预设的第二速度阈值时，记录所述第一差值大于预设的第一速度阈值的第一持续时间，当所述第一持续时间大于预设的第一时间阈值时，确定所述可移动电子设备发生打滑；
第二差值计算模块575，用于若确定所述可移动电子设备做曲线运动，根据所述第一驱动轮51的速度和第二驱动轮52的速度计算所述万向轮的理论速度，计算当前时刻所述万向轮的速度和所述理论速度的第二差值；
第二打滑判定模块576，用于当所述第二差值大于第二速度阈值时，记录所述第二差值大于第二速度阈值的第二持续时间；当所述第二持续时间大于预设的第二时间阈值时，则确定所述可移动电子设备发生打滑。
优选地，所述控制器32还用于执行以下的程序模块：
第一控制模块，用于当任意时刻检测到所述可移动电子设备发生打滑，且所述可移动电子设备向前做直线运动时，控制所述第一驱动轮51和第二驱动轮52的转动速度和转动方向以使得所述可移动电子设备后退K1cm后转弯P1°避开；
第二控制模块，用于当任意时刻检测到所述可移动电子设备发生打滑，且所述可移动电子设备向后做直线运动时，控制所述第一驱动轮51和第二驱动轮52的转动速度和转动方向以使得所述可移动电子设备前进K2cm后转弯P2°避开；
第三控制模块，用于当任意时刻检测到所述可移动电子设备发生打滑，所述可移动电子设备向前做曲线线运动时，控制所述第一驱动轮51和第二驱动轮52的转动速度和转动方向以使得所述可移动电子设备后退K3cm后转弯P3°避开；
第四控制模块，用于当任意时刻检测到所述可移动电子设备发生打滑，且所述可移动电子设备向后做曲线运动时，控制所述第一驱动轮51和第二驱动轮52的转动速度和转动方向以使得所述可移动电子设备前进K4cm后转弯P4°避开。
本实施例中的可移动电子设备的工作原理可参考上述对打滑检测方法的具体描述，在此不再赘述。
参见图12，是本发明实施例6提供的一种路径纠正方法的流程示意图，包括步骤：
S61、采用上述任一实施例公开的打滑检测方法判断所述可移动电子设备是否发生打滑；
S62、当任意时刻判断所述可移动电子设备发生打滑时，记录所述可移动电子设备持续打滑的时间；
S63、根据所述可移动电子设备持续打滑的时间对所述可移动电子设备的路径进行纠正。
由于对于可移动电子设备而言，其路径记录时基于编码器进行的，当可移动电子设备发生打滑时，如果仍然以编码器记录的速度和位移记录路径，会导致定位误差的产生。因此，在所述可移动电子设备持续打滑的时间段内，停止采用编码器记录的速度和位移记录路径，可有效对可移动电子设备的路径进行纠正，对于后续的地图构建和准确定位具有重要作用。
本发明实施例还对应提供了一种路径纠正装置，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以上所述的路径纠正方法。
本发明实施例还对应提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行以上所述的路径纠正方法。
本发明实施例还对应提供了一种终端设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述的万向轮测速方法或打滑检测方法。
本领域技术人员可以理解，所述示意图仅仅是终端设备的示例，并不构成对终端设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是终端设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个终端设备的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述终端设备的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
其中，所述终端设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
本发明实施例还对应提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行上述任一项所述的万向轮测速方法或打滑检测方法。
需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (34)

1.一种万向轮测速装置，其特征在于，包括万向轮、传动机构、活动杆和线性霍尔传感器，所述活动杆的一端设有磁性元件，所述活动杆的另一端通过传动机构与所述万向轮连接，所述线性霍尔传感器位于所述活动杆的一侧并与所述磁性元件相对；所述活动杆通过所述传动机构随所述万向轮的转动做往复循环运动，从而带动所述磁性元件做靠近和远离所述线性霍尔传感器的往复循环运动，所述线性霍尔传感器在所述磁性元件的往复循环运动中持续输出模拟信号值。
2.如权利要求1所述的万向轮测速装置，其特征在于，所述传动机构包括第一摩擦轮和第二摩擦轮，所述第一摩擦轮和第二摩擦轮通过偏心轴对称连接，所述偏心轴与所述第一摩擦轮和第二摩擦轮的轴心均不对称，所述活动杆与所述偏心轴抵接，所述第一摩擦轮和第二摩擦轮分别与所述万向轮紧密抵接，所述万向轮在转动时驱动所述第一摩擦轮和第二摩擦轮滚动，从而带动所述活动杆随所述万向轮的转动做往复循环运动。
3.如权利要求2所述的万向轮测速装置，其特征在于，所述装置还包括压紧件，所述压紧件用于压紧所述第一摩擦轮和第二摩擦轮以使得所述第一摩擦轮和第二摩擦轮分别与所述万向轮紧密抵接。
4.如权利要求3任一项所述的万向轮测速装置，其特征在于，所述装置还包括安装座，所述安装座的下部设有容纳所述万向轮的凹槽，所述万向轮的轮轴固定卡接于所述凹槽的侧壁，所述安装座的上部设有容纳所述第一摩擦轮和第二摩擦轮的收容腔，所述凹槽上设有对称的第一开口和第二开口，所述第一摩擦轮穿过所述第一开口与所述万向轮紧密抵接，且所述第二摩擦轮穿过第二开口与所述万向轮紧密抵接。
5.如权利要求4所述的万向轮测速装置，其特征在于，所述压紧件包括安装架和扭环，所述安装架包括第一连接臂、第二连接臂和横梁，所述第一连接臂的一端和第二连接臂的一端通过所述横梁连接，且所述扭环套接在所述横梁上，所述第一摩擦轮通过其上的转轴与所述第一连接臂的另一端可转动连接，所述第二摩擦轮通过其上的转轴与所述第二连接臂的另一端可转动连接。
6.如权利要求5所述的万向轮测速装置，其特征在于，所述收容腔内设有支架，所述支架包括依次连接的第一侧壁、第二侧壁和第三侧壁，所述第一侧壁和第三侧壁相对分布，所述横梁卡接于所述第一侧壁的卡槽和第三侧壁的卡槽，所述扭环分布于所述第一侧壁和第三侧壁之间，所述第一连接臂的一端设有挡块，所述扭环的一端与所述挡块抵接，所述扭环的另一端与所述第二侧壁的内表面抵接，以使得所述扭环发生形变并产生恢复力压紧所述第一摩擦轮和第二摩擦轮与所述万向轮紧密抵接。
7.如权利要求6所述的万向轮测速装置，其特征在于，所述装置还包括上盖，所述上盖上设有压块，所述压块用于与所述支架配合以压紧所述扭环的另一端所述第二侧壁的内表面抵接。
8.如权利要求7所述的万向轮测速装置，其特征在于，所述安装座的收容腔内还设有止转柱，所述上盖上设有止转孔，所述止转柱插入所述止转孔以防止所述压块和所述支架的位置发生偏移。
9.如权利要求1所述的万向轮测速装置，其特征在于，所述第一摩擦轮和第二摩擦轮的滚动面均为锥齿面。
10.如权利要求8所述的万向轮测速装置，其特征在于，所述上盖还设有第三开口和第四开口，所述第一摩擦轮的滚动面从所述第三开口伸出，所述第二摩擦轮的滚动面从所述第四开口伸出。
11.一种万向轮测速方法，其特征在于，适用于权利要求1-10任一项所述的万向轮测速装置，包括步骤：
根据所述线性霍尔传感器实时输出的模拟信号值和预设的对应关系获取不同时刻所述万向轮相对初始状态的转动角度；其中，所述对应关系为所述线性霍尔传感器输出的模拟信号值和所述万向轮相对初始状态的转动角度的对应关系；
根据所述万向轮相对初始状态的转动角度实时计算所述万向轮转动的速度。
12.如权利要求11所述的万向轮测速方法，其特征在于，所述线性霍尔传感器输出的模拟信号值和所述万向轮相对于初始状态的转动角度的对应关系通过以下步骤获取：
在所述万向轮以预设的角速度匀速运动的过程中，获取所述线性霍尔传感器输出的模拟信号值随时间变化曲线；
截取所述线性霍尔传感器的模拟信号值随时间变化曲线的第一个周期的曲线，以预设的频率对所述第一个周期的曲线进行采样，根据每一采样的信号值和时间的对应关系获取所述线性霍尔传感器的模拟信号值和所述万向轮相对于初始状态的转动角度的对应关系列表；其中，所述万向轮相对于初始状态的转动角度等于所述角速度和时间的乘积。
13.如权利要求11所述的万向轮测速方法，其特征在于，所述线性霍尔传感器输出的模拟信号值和所述万向轮相对于初始状态的转动角度的对应关系通过以下公式获取：
θ＝sin-1[(aB+b)/r]+α
其中，B为所述线性霍尔传感器感应到所述磁性元件的模拟信号值，a和b为调整参数，r为所述第一摩擦轮/第二摩擦轮的轴心与所述偏心轴的轴心所在的直线与活动杆底表面的交点到所述万向轮的轴心的距离，θ为所述万向轮相对于初始状态的转动角度，α为标准角度。
14.如权利要求11所述的万向轮测速方法，其特征在于，所述线性霍尔传感器输出的模拟信号值和所述万向轮相对于初始状态的转动角度的对应关系通过以下公式获取：
θ＝arcsin{(Hnow-Hmid)/[(Hmax-Hmin)/2)]}
其中，Hnow为当前磁场大小，Hmin为磁场极小值，Hmid为磁场中值，Hmax为磁场极大值，θ为所述万向轮相对于初始状态的转动角度。
15.如权利要求11所述的万向轮测速方法，其特征在于，所述根据所述万向轮相对初始状态的转动角度实时计算所述万向轮转动的速度通过以下公式获取：
其中，U为所述线性霍尔传感器实时输出的电压值，t为时刻，θ为所述万向轮相对初始状态的转动角度，f(θ)为所述万向轮相对初始状态的转动角度和所述线性霍尔传感器实时输出的电压值的函数关系，w为万向轮的角速度。
16.如权利要求11所述的万向轮测速方法，其特征在于，所述根据所述万向轮相对初始状态的转动角度实时计算所述万向轮转动的速度通过以下公式获取：
ω＝2π(θ2-θ1)/180T
其中，ω为万向轮的角速度，T为扫描万向轮的转动角度的周期，θ1为上一周期检测到的万向轮的转动角度，θ2为当前周期检测到的万向轮的转动角度；其中，T远少于所述万向轮本身的转动周期。
17.一种万向轮测速系统，其特征在于，包括：
权利要求1-10任一项所述的万向轮测速装置，用于通过所述线性霍尔传感器输出模拟信号值；
控制器，用于根据所述线性霍尔传感器实时输出的模拟信号值和预设的对应关系获取不同时刻所述万向轮相对初始状态的转动角度，根据所述万向轮相对初始状态的转动角度实时计算所述万向轮转动的速度；其中，所述对应关系为所述线性霍尔传感器输出的模拟信号值和所述万向轮相对初始状态的转动角度的对应关系。
18.如权利要求17所述的万向轮测速系统，其特征在于，所述万向轮测速系统还包括信号采集器，用于在所述万向轮以预设的角速度匀速前进的过程中，获取所述线性霍尔传感器输出的模拟信号值随时间变化曲线；
所述控制器还用于截取所述线性霍尔传感器的模拟信号值随时间变化曲线的第一个周期的曲线，以预设的频率对所述第一个周期的曲线进行采样，根据每一采样的信号值和时间的对应关系获取所述线性霍尔传感器的模拟信号值和所述万向轮相对于初始状态的转动角度的对应关系列表；其中，所述万向轮相对于初始状态的转动角度等于所述角速度和时间的乘积。
19.如权利要求17所述的万向轮测速系统，其特征在于，所述控制器通过以下公式获取所述线性霍尔传感器的模拟信号值和所述万向轮相对于初始状态的转动角度的对应关系列表：
θ＝sin-1[(aB+b)/r]+α
其中，B为所述线性霍尔传感器感应到所述磁性元件的模拟信号值，a和b为调整参数，r为所述第一摩擦轮/第二摩擦轮的轴心与所述偏心轴的轴心所在的直线与活动杆底表面的交点到所述万向轮的轴心的距离，θ为所述万向轮相对于初始状态的转动角度，α为标准角度。
20.如权利要求17所述的万向轮测速系统，其特征在于，所述控制器通过以下公式获取所述线性霍尔传感器输出的模拟信号值和所述万向轮相对于初始状态的转动角度的对应关系：
θ＝arcsin{(Hnow-Hmid)/[(Hmax-Hmin)/2)]}
其中，Hnow为当前磁场大小，Hmin为磁场极小值，Hmid为磁场中值，Hmax为磁场极大值，θ为所述万向轮相对于初始状态的转动角度。
21.如权利要求17所述的万向轮测速系统，其特征在于，所述控制器根据以下公式获取所述万向轮相对初始状态的转动角度实时计算所述万向轮转动的速度通过：
其中，U为所述线性霍尔传感器实时输出的电压值，t为时刻，θ为所述万向轮相对初始状态的转动角度，f(θ)为所述万向轮相对初始状态的转动角度和所述线性霍尔传感器实时输出的电压值的函数关系，w为万向轮的角速度。
22.如权利要求17所述的万向轮测速系统，其特征在于，所述控制器根据以下公式获取所述万向轮相对初始状态的转动角度实时计算所述万向轮转动的速度通过：
ω＝2π(θ2-θ1)/180T
ω为万向轮的角速度，T为扫描万向轮的转动角度的周期，θ1为上一周期检测到的万向轮的转动角度，θ2为当前周期检测到的万向轮的转动角度；其中，T远少于所述万向轮本身的转动周期。
23.一种打滑检测方法，适用于一可移动电子设备，所述可移动电子设备包括第一驱动轮、第二驱动轮和权利要求1-10任一项所述的万向轮测速装置，其特征在于，包括步骤：
根据所述线性霍尔传感器实时输出的模拟信号值和预设的对应关系获取不同时刻所述万向轮相对初始状态的转动角度；其中，所述对应关系为所述线性霍尔传感器输出的模拟信号值和所述万向轮相对初始状态的转动角度的对应关系；
根据所述万向轮相对初始状态的转动角度实时计算所述万向轮转动的速度；
当所述第一驱动轮的速度和所述第二驱动轮的速度的差值小于预设的第一速度阈值时，则确定所述可移动电子设备做直线运动；当所述第一驱动轮的速度和所述第二驱动轮的速度的差值大于预设的第一速度阈值时，则确定所述可移动电子设备做曲线运动；
若确定所述可移动电子设备做直线运动，计算当前时刻所述万向轮的速度和所述第一驱动轮或者第二驱动轮的速度的第一差值；
当所述第一差值大于预设的第二速度阈值时，记录所述第一差值大于预设的第一速度阈值第一驱动轮或者第二驱动轮的第一持续时间，当所述第一持续时间大于预设的第一时间阈值时，确定所述可移动电子设备发生打滑；
若确定所述可移动电子设备做曲线运动，根据所述第一驱动轮的速度和第二驱动轮的速度计算所述万向轮的理论速度，计算当前时刻所述万向轮的速度和所述理论速度的第二差值；
当所述第二差值大于第二速度阈值时，记录所述第二差值大于第二速度阈值的第二持续时间；当所述第二持续时间大于预设的第二时间阈值时，则确定所述可移动电子设备发生打滑。
24.如权利要求23所述的打滑检测方法，其特征在于，所述线性霍尔传感器输出的模拟信号值和所述万向轮相对于初始状态的转动角度的对应关系通过以下步骤获取：
在所述万向轮以预设的角速度匀速运动的过程中，获取所述线性霍尔传感器输出的模拟信号值随时间变化曲线；
截取所述线性霍尔传感器的模拟信号值随时间变化曲线的第一个周期的曲线，以预设的频率对所述第一个周期的曲线进行采样，根据每一采样的信号值和时间的对应关系获取所述线性霍尔传感器的模拟信号值和所述万向轮相对于初始状态的转动角度的对应关系列表；其中，所述万向轮相对于初始状态的转动角度等于所述角速度和时间的乘积。
25.如权利要求23所述的打滑检测方法，其特征在于，所述线性霍尔传感器输出的模拟信号值和所述万向轮相对于初始状态的转动角度的对应关系通过以下公式获取：
θ＝sin-1[(aB+b)/r]+α
其中，B为所述线性霍尔传感器感应到所述磁性元件的模拟信号值，a和b为调整参数，r为所述第一摩擦轮/第二摩擦轮的轴心与所述偏心轴的轴心所在的直线与活动杆底表面的交点到所述万向轮的轴心的距离，θ为所述万向轮相对于初始状态的转动角度，α为标准角度。
26.如权利要求23所述的打滑检测方法，其特征在于，所述线性霍尔传感器输出的模拟信号值和所述万向轮相对于初始状态的转动角度的对应关系通过以下公式获取：
θ＝arcsin{(Hnow-Hmid)/[(Hmax-Hmin)/2)]}
其中，Hnow为当前磁场大小，Hmin为磁场极小值，Hmid为磁场中值，Hmax为磁场极大值，θ为所述万向轮相对于初始状态的转动角度。
27.如权利要求23所述的打滑检测方法，其特征在于，所述根据所述万向轮相对初始状态的转动角度实时计算所述万向轮转动的速度通过以下公式获取：
其中，U为所述线性霍尔传感器实时输出的电压值，t为时刻，θ为所述万向轮相对初始状态的转动角度，f(θ)为所述万向轮相对初始状态的转动角度和所述线性霍尔传感器实时输出的电压值的函数关系，w为万向轮的角速度。
28.如权利要求23所述的打滑检测方法，其特征在于，所述根据所述万向轮相对初始状态的转动角度实时计算所述万向轮转动的速度通过以下公式获取：
ω＝2π(θ2-θ1)/180T
ω为万向轮的角速度，T为扫描万向轮的转动角度的周期，θ1为上一周期检测到的万向轮的转动角度，θ2为当前周期检测到的万向轮的转动角度；其中，T远少于所述万向轮本身的转动周期。
29.如权利要求23所述的打滑检测方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：
当任意时刻检测到所述可移动电子设备发生打滑，且所述可移动电子设备向前做直线运动时，控制所述可移动电子设备后退K1cm后转弯P1°避开；
当任意时刻检测到所述可移动电子设备发生打滑，且所述可移动电子设备向后做直线运动时，控制所述可移动电子设备前进K2cm后转弯P2°避开；
当任意时刻检测到所述可移动电子设备发生打滑，所述可移动电子设备向前做曲线线运动时，控制所述可移动电子设备后退K3cm后转弯P3°避开；
当任意时刻检测到所述可移动电子设备发生打滑，且所述可移动电子设备向后做曲线运动时，控制所述可移动电子设备前进K4cm后转弯P4°避开。
30.一种可移动电子设备，其特征在于，所述可移动电子设备包括第一驱动轮、第二驱动轮、第一编码器、第二编码器、权利要求1-10任一项所述的万向轮测速装置、控制器；其中，
所述第一编码器，用于实时检测所述第一驱动轮的速度；
所述第二编码器，用于实时检测所述第二驱动轮的速度；
所述控制器，用于执行存储在存储器中的以下程序模块：
万向轮速度计算模块，用于根据所述线性霍尔传感器实时输出的模拟信号值和预设的对应关系获取不同时刻所述万向轮相对初始状态的转动角度，并根据所述万向轮相对初始状态的转动角度实时计算所述万向轮转动的速度；其中，所述对应关系为所述线性霍尔传感器输出的模拟信号值和所述万向轮相对初始状态的转动角度的对应关系；
运动方式判断模块，用于当所述第一驱动轮的速度和所述第二驱动轮的速度的差值小于预设的第一速度阈值时，则确定所述可移动电子设备做直线运动；当所述第一驱动轮的速度和所述第二驱动轮的速度的差值大于预设的第一速度阈值时，则确定所述可移动电子设备做曲线运动；
第一差值计算模块，若确定所述可移动电子设备做直线运动，计算当前时刻所述万向轮的速度和所述第一驱动轮或者第二驱动轮的速度的第一差值；
第一打滑判定模块，用于当所述第一差值大于预设的第二速度阈值时，记录所述第一差值大于预设的第一速度阈值的第一持续时间，当所述第一持续时间大于预设的第一时间阈值时，确定所述可移动电子设备发生打滑；
第二差值计算模块，用于若确定所述可移动电子设备做曲线运动，根据所述第一驱动轮的速度和第二驱动轮的速度计算所述万向轮的理论速度，计算当前时刻所述万向轮的速度和所述理论速度的第二差值；
第二打滑判定模块，用于当所述第二差值大于第二速度阈值时，记录所述第二差值大于第二速度阈值的第二持续时间；当所述第二持续时间大于预设的第二时间阈值时，则确定所述可移动电子设备发生打滑。
31.如权利要求30所述的一种可移动电子设备，其特征在于，所述控制器还用于执行存储在存储器中的以下程序模块：
第一控制模块，用于当任意时刻检测到所述可移动电子设备发生打滑，且所述可移动电子设备向前做直线运动时，控制所述第一驱动轮和第二驱动轮的转动速度和转动方向以使得所述可移动电子设备后退K1cm后转弯P1°避开；
第二控制模块，用于当任意时刻检测到所述可移动电子设备发生打滑，且所述可移动电子设备向后做直线运动时，控制所述第一驱动轮和第二驱动轮的转动速度和转动方向以使得所述可移动电子设备前进K2cm后转弯P2°避开；
第三控制模块，用于当任意时刻检测到所述可移动电子设备发生打滑，所述可移动电子设备向前做曲线线运动时，控制所述第一驱动轮和第二驱动轮的转动速度和转动方向以使得所述可移动电子设备后退K3cm后转弯P3°避开；
第四控制模块，用于当任意时刻检测到所述可移动电子设备发生打滑，且所述可移动电子设备向后做曲线运动时，控制所述第一驱动轮和第二驱动轮的转动速度和转动方向以使得所述可移动电子设备前进K4cm后转弯P4°避开。
32.一种路径纠正方法，其特征在于，包括步骤：
采用如权利要求23所述的打滑检测方法判断所述可移动电子设备是否发生打滑；
当任意时刻判断所述可移动电子设备发生打滑时，记录所述可移动电子设备持续打滑的时间；
根据所述可移动电子设备持续打滑的时间对所述可移动电子设备的路径进行纠正。
33.一种路径纠正装置，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求32所述的路径纠正方法。
34.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求32所述的路径纠正方法。
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