CN115056232B - 一种搬运机器人中心坐标位置精确校准的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种搬运机器人中心坐标位置精确校准的方法，涉及物流或智能制造使用的机器人技术领域，本发明包括如下步骤：设定机器人左轮及右轮的规定转动速度；机器人运行至规定位置；本发明利用角度传感器和位置传感器实时检测机器人中心点位置和地面中心点位置之间的关系，并同时实时检测机器人当前的角度值，实时调整左右轮的速度，在机器人旋转一定角度后，机器人中心可以很好的移动至地面中心点位置，并且由于本发明要求实时计算和调整，这里介绍使用专用数字旋转中心校准电路的实现方式，对本发明所采用的方法进行实现，这样实时计算速度非常快，收敛效果非常好，避免了使用软件方式，造成的实时性变差，影响收敛的效果。

Description

一种搬运机器人中心坐标位置精确校准的方法和系统

技术领域

本发明涉及物流或智能制造使用的机器人技术领域，尤其涉及一种搬运机器人中心坐标位置精确校准的方法和系统。

背景技术

在智能制造和物流行业，有一些特定场景要求机器人在地面行走的坐标非常准确，在行走和旋转过程中需要和原先计划路线偏差1mm或更低。但是由于各种综合性原因，导致自动搬运机器人到达某一位置后，左右前后偏差超出预期。

当前通常使用如下几种方法进行解决：

1、自动搬运机器人设计为四项车方式，实现前后左右二次精确校准；

2、自动搬运机器人如果只能前后移动和原地旋转，则先前后进行校准，再旋转90°后左右校准，在旋转回之前的角度；

3、自动搬运机器人上，搭载左右前后静校正平台。

然而，运用上述几种方法解决机器人在地面行走的坐标准确问题，将会导致自动搬运机器人结构复杂，自动搬运机器人上面增加机电机构，会增加较高成本，由于地面等平整性原因，旋转过程中中心坐标会移动，导致尽管进行了前后左右校准，但是最后因为有旋转动作，导致结果不理想，为此我们提出一种搬运机器人中心坐标位置精确校准的方法和系统来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在自动搬运机器人结构复杂，自动搬运机器人上面增加机电机构，会增加较高成本，由于地面等平整性原因，旋转过程中中心坐标会移动，导致尽管进行了前后左右校准，但是最后因为有旋转动作，导致结果不理想的问题，而提出的一种搬运机器人中心坐标位置精确校准的方法和装置。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种搬运机器人中心坐标位置精确校准的方法，包括如下步骤：

设定机器人左轮及右轮的规定转动速度；

机器人运行至规定位置；

利用角度传感器和位置传感器采集机器人中心位置与地面中心位置的朝向角度AGV_DEG；

根据机器人朝向角度，利用绝对值计算电路实时计算机器人的x轴偏移和y轴偏移的绝对值；

利用相位计算电路，根据计算得到的偏移绝对值计算角度deg；

利用atan角度计算电路，根据x和y的偏移绝对值，计算出机器人中心位置处于的坐标象限；

利用参考角计算电路，根据角度deg及坐标象限，计算输出参考角度；

利用电流加减区域计算电路，根据参考角度计算出左右轮电机需要加减电流的角度区域；

利用左右轮加减电流判断电路，根据机器人朝向角度AGV_DEG，分别与角度区域角度范围相比较，最终计算出当前所在的区域值；

根据计算的当前所在区域值，控制左轮加速或右轮加速。

优选地，利用角度传感器和位置传感器采集机器人中心位置与规定位置的朝向角度AGV_DEG，机器人相对地面中心位置的X方向偏移值X_offset，机器人相对地面中心位置的Y方向偏移值Y_offset。

优选地，利用参考角计算电路，根据角度deg及坐标象限，计算输出参考角度；

当为0象限，参考角度＝角度deg+180°；

当为1象限，参考角度＝360°-角度deg；

当为2象限，参考角度＝角度deg；

当为3象限，参考角度＝180°-角度deg；

其中，0象限为直角坐标系中的第一象限；1象限为直角坐标系中的第四象限；2象限为直角坐标系中的第三象限；3象限为直角坐标系中的第二象限。

优选地，利用电流加减区域计算电路，根据参考角度计算出左右轮电机需要加减电流的角度区域；

参考角度-45°到参考角度+45°区域，为左轮+电流右轮-电流区域，定义为10区域；

参考角度+45°到参考角度+135°区域，为左轮电流＝右轮电流区域，定义为00区域；

参考角度+135°到参考角度+225°区域，为左轮-电流右轮+电流区域，定义为01区域；

参考角度+225°到参考角度+315°区域，为左轮电流＝右轮电流区域，定义为00区域。

优选地，根据计算的当前所在区域值，控制左轮加速或右轮加速；

当地面中心位置位于10区域内，左轮加速，右轮保持规定速度；

当地面中心位置位于01区域内，右轮加速，左轮保持规定速度；

当地面中心位置位于00区域内，左右轮保持规定速度。

优选地，当地面中心位置位于00区域内，左右轮保持规定速度；

左右轮按规定速度旋转，转动至地面中心位置重新处于10或01区域；

在10区域内时，左轮加速，右轮保持规定速度；

在01区域内时，右轮加速，左轮保持规定速度。

优选地，所述绝对值计算电路、相位计算电路、atan角度计算电路、参考角计算电路、电流加减区域计算电路和左右轮加减电流判断电路组成旋转中心校准电路，所述旋转中心校准电路最后输出2个信号，分别给左轮驱动电机和右轮驱动电机，为left_current_up/right_current_up两个信号，分别指示两个左右轮驱动电机是否需要增加或减少电流值。

一种搬运机器人中心坐标位置精确校准的系统，包括：

转动速度设定模块：用于设定机器人左轮及右轮的规定转动速度；

运行模块：用于控制机器人运行至规定位置；

角度采集模块：用于利用角度传感器和位置传感器采集机器人中心位置与地面中心位置的朝向角度AGV_DEG；

偏移绝对值计算模块：用于根据机器人朝向角度，利用绝对值计算电路实时计算机器人的x轴偏移和y轴偏移的绝对值；

角度deg计算模块：用于利用相位计算电路，根据计算得到的偏移绝对值计算角度deg；

坐标象限计算模块：用于利用atan角度计算电路，根据x和y的偏移绝对值，计算出机器人中心位置处于的坐标象限；

参考角度计算模块：用于利用参考角计算电路，根据角度deg及坐标象限，计算输出参考角度；

角度区域计算模块：用于利用电流加减区域计算电路，根据参考角度计算出左右轮电机需要加减电流的角度区域；

当前区域值计算模块：用于利用左右轮加减电流判断电路，根据机器人朝向角度AGV_DEG，分别与角度区域角度范围相比较，最终计算出当前所在的区域值；

左右轮加速控制模块：用于根据计算的当前所在区域值，控制左轮加速或右轮加速。

相比现有技术，本发明的有益效果为：

本发明利用角度传感器和位置传感器实时检测机器人中心点位置和地面中心点位置之间的关系，并同时实时检测机器人当前的角度值，实时调整左右轮的速度，在机器人旋转一定角度后，机器人中心可以很好的移动至地面中心点位置，并且由于本发明要求实时计算和调整，这里介绍使用专用数字旋转中心校准电路的实现方式，对本发明所采用的方法进行实现，这样实时计算速度非常快，收敛效果非常好，避免了使用软件方式，造成的实时性变差，影响收敛的效果。

附图说明

图1为本发明提出的一种搬运机器人中心坐标位置精确校准的方法的整体方法流程示意图；

图2为本发明提出的一种搬运机器人中心坐标位置精确校准的方法和系统的机器人旋转时，机器人中心点和地面中心点关系图；

图3为本发明提出的一种搬运机器人中心坐标位置精确校准的方法和系统的旋转中心校准电路框图；

图4为本发明提出的一种搬运机器人中心坐标位置精确校准的方法和系统的左轮移动的切线方向位于0象限内技术原理示意图；

图5为本发明提出的一种搬运机器人中心坐标位置精确校准的方法和系统的左轮移动的切线方向位于1象限内技术原理示意图；

图6为本发明提出的一种搬运机器人中心坐标位置精确校准的方法和系统的左轮移动的切线方向位于2象限内技术原理示意图；

图7为本发明提出的一种搬运机器人中心坐标位置精确校准的方法和系统的左轮移动的切线方向位于3象限内技术原理示意图。

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。

参照图1-3，一种搬运机器人中心坐标位置精确校准的方法，包括如下步骤：

S1：设定机器人左轮及右轮的规定转动速度；

S2：机器人运行至规定位置；

S3：利用角度传感器和位置传感器采集机器人中心位置与规定位置的朝向角度AGV_DEG，机器人相对地面中心位置的X方向偏移值X_offset，机器人相对地面中心位置的Y方向偏移值Y_offset；

S4：根据机器人朝向角度，利用绝对值计算电路实时计算机器人的x轴偏移和y轴偏移的绝对值；

S5：利用相位计算电路，根据计算得到的偏移绝对值计算角度deg；

S6：利用atan角度计算电路，根据x和y的偏移绝对值，计算出机器人中心位置处于的坐标象限，包括0象限、1象限、2象限和3象限；

S7：利用参考角计算电路，根据角度deg及坐标象限，计算输出参考角度；

当为0象限，参考角度＝角度deg+180°；

当为1象限，参考角度＝360°-角度deg；

当为2象限，参考角度＝角度deg；

当为3象限，参考角度＝180°-角度deg；

其中，0象限为直角坐标系中的第一象限；1象限为直角坐标系中的第四象限；2象限为直角坐标系中的第三象限；3象限为直角坐标系中的第二象限；

S8：利用电流加减区域计算电路，根据参考角度计算出左右轮电机需要加减电流的角度区域；

参考角度-45°到参考角度+45°区域，为左轮+电流右轮-电流区域，定义为10区域；

参考角度+45°到参考角度+135°区域，为左轮电流＝右轮电流区域，定义为00区域；

参考角度+135°到参考角度+225°区域，为左轮-电流右轮+电流区域，定义为01区域；

参考角度+225°到参考角度+315°区域，为左轮电流＝右轮电流区域，定义为00区域；

S9：利用左右轮加减电流判断电路，根据机器人朝向角度AGV_DEG，分别与角度区域角度范围相比较，最终计算出当前所在的区域值；

S10：根据计算的当前所在区域值，控制左轮加速或右轮加速；

当地面中心位置位于10区域内，左轮加速，右轮保持规定速度；

当地面中心位置位于01区域内，右轮加速，左轮保持规定速度；

当地面中心位置位于00区域内，左右轮保持规定速度；左右轮按规定速度旋转，转动至地面中心位置重新处于10或01区域；在10区域内时，左轮加速，右轮保持规定速度；在01区域内时，右轮加速，左轮保持规定速度；

绝对值计算电路、相位计算电路、atan角度计算电路、参考角计算电路、电流加减区域计算电路和左右轮加减电流判断电路组成旋转中心校准电路，旋转中心校准电路最后输出2个信号，分别给左轮驱动电机和右轮驱动电机，为left_current_up/right_current_up两个信号，分别指示两个左右轮驱动电机是否需要增加或减少电流值(参考图3，图3中a为绝对值计算电路，其中的x_offset对应图2的x_offset，指的是x方向的偏移值，同理y_offset指的是y方向的偏移值；

b为相位计算电路，其中的atan，对应三角函数中的atan()反正切函数；

c为atan角度计算电路；

d为参考角计算电路，其中的deg，是b模块计算出的角度；

e为电流加减区域计算电路；

f为左右轮加减电流判断电路，其中的AGV_DEG，对应图2的机器人角度；输出信号left_current_up,是输出给左轮电机驱动电路的加减电流信号，1表示加电流，0表示减电流，同right_current_up是输出给右轮电机驱动电路的信号)。

一种搬运机器人中心坐标位置精确校准的系统，包括：

转动速度设定模块：用于设定机器人左轮及右轮的规定转动速度；

运行模块：用于控制机器人运行至规定位置；

角度采集模块：用于利用角度传感器和位置传感器采集机器人中心位置与地面中心位置的朝向角度AGV_DEG；

偏移绝对值计算模块：用于根据机器人朝向角度，利用绝对值计算电路实时计算机器人的x轴偏移和y轴偏移的绝对值；

角度deg计算模块：用于利用相位计算电路，根据计算得到的偏移绝对值计算角度deg；

坐标象限计算模块：用于利用atan角度计算电路，根据x和y的偏移绝对值，计算出机器人中心位置处于的坐标象限；

参考角度计算模块：用于利用参考角计算电路，根据角度deg及坐标象限，计算输出参考角度；

角度区域计算模块：用于利用电流加减区域计算电路，根据参考角度计算出左右轮电机需要加减电流的角度区域；

当前区域值计算模块：用于利用左右轮加减电流判断电路，根据机器人朝向角度AGV_DEG，分别与角度区域角度范围相比较，最终计算出当前所在的区域值；

左右轮加速控制模块：用于根据计算的当前所在区域值，控制左轮加速或右轮加速。

本发明中，实施例1，左轮移动的切线方向位于10区域，通过左右轮的速度差能够在10区域内将机器人中心点调整至与地面中心点相重合，参照图4：

1、当前时刻，机器人当前朝向的角度为AGV_DEG角度，AGV_DEG角度范围是[0,360)；

2、机器人希望通过旋转，将机器人中心位置移动到如图4图左的地面中心点位置，将机器人中心点与地面中心点相连接，会得到期望的机器人中心的移动方向；

3、将如图4图左中的方向角度，放到同一个坐标系中，如图4图右所示，这里将左轮旋转移动的切线方向、右轮旋转移动的切线方向、期望的机器人中心移动方向放到一起；

4、计算方向角度值A＝期望的机器人中心移动方向–45°；

5、计算方向角度值B＝期望的机器人中心移动方向+45°；

6、计算方向角度值C＝期望的机器人中心移动方向+135°；

7、计算方向角度值D＝期望的机器人中心移动方向+225°；

8、如图4图右可知，左轮移动的切线方向位于方向角度值A和方向角度值B之间，即位于10区域，左轮加速旋转，右轮保持设定速度旋转，旋转至左轮的切线方向位于方向角度值B和方向角度值C之间，左右轮恢复至规定速度，此时机器人中心点与地面中心点相重合。

实施例2，左轮移动的切线方向位于10区域，通过左右轮的速度差无法在10区域内将机器人中心点调整至与地面中心点相重合，需要在01区域内，才能将机器人中心点调整至与地面中心点相重合，参照图4-6：

1、当前时刻，机器人当前朝向的角度为AGV_DEG角度，AGV_DEG角度范围是[0,360)；

2、机器人希望通过旋转，将机器人中心位置移动到如图4图左的地面中心点位置，将机器人中心点与地面中心点相连接，会得到期望的机器人中心的移动方向；

3、将如图4图左中的方向角度，放到同一个坐标系中，如图4图右所示，这里将左轮旋转移动的切线方向、右轮旋转移动的切线方向、期望的机器人中心移动方向放到一起；

4、方向角度值A、方向角度值B、方向角度值C和方向角度值D同实施例1；

5、如图4图右可知，左轮移动的切线方向位于方向角度值A和方向角度值B之间，即位于10区域，左轮加速旋转，右轮保持设定速度旋转，旋转至左轮的切线方向位于方向角度值B和方向角度值C之间，左右轮恢复至规定速度，此时，左轮和右轮保持规定速度进行转动，即为00区域，使得机器人中心位置不变，机器人沿其中心继续转动(参照图5)，直至转动至左轮移动的切线方向位于方向角度值C和方向角度值D之间(此时左轮切线方向如图6)，即为01区域，此时右轮加速旋转，左轮保持规定速度转动，旋转至左轮的切线方向位于方向角度值D和方向角度值A之间，左右轮恢复至规定速度，此时机器人中心点与地面中心点相重合；

实施例3，左轮移动的切线方向位于10区域，通过左右轮的速度差无法在10区域内将机器人中心点调整至与地面中心点相重合，需要在01区域内和10区域内进行调整，才能将机器人中心点调整至与地面中心点相重合，参照图4-7：

1、当前时刻，机器人当前朝向的角度为AGV_DEG角度，AGV_DEG角度范围是[0,360)；

2、机器人希望通过旋转，将机器人中心位置移动到如图4图左的地面中心点位置，将机器人中心点与地面中心点相连接，会得到期望的机器人中心的移动方向；

3、将如图4图左中的方向角度，放到同一个坐标系中，如图4图右所示，这里将左轮旋转移动的切线方向、右轮旋转移动的切线方向、期望的机器人中心移动方向放到一起；

4、方向角度值A、方向角度值B、方向角度值C和方向角度值D同实施例1；

5、如图4图右可知，左轮移动的切线方向位于方向角度值A和方向角度值B之间，即位于10区域，左轮加速旋转，右轮保持设定速度旋转，旋转至左轮的切线方向位于方向角度值B和方向角度值C之间，左右轮恢复至规定速度，此时，左轮和右轮保持规定速度进行转动，即为00区域，使得机器人中心位置不变，机器人沿其中心继续转动(参照图5)，直至转动至左轮移动的切线方向位于方向角度值C和方向角度值D之间(此时左轮切线方向如图6)，即为01区域，此时右轮加速旋转，左轮保持规定速度转动，旋转至左轮的切线方向位于方向角度值D和方向角度值A之间，左右轮恢复至规定速度，即为00区域，使得机器人中心位置不变，机器人沿其中心继续转动(参照图7)，直至转动至左轮移动的切线方向位于方向角度值A和方向角度值B之间，即位于10区域，左轮加速旋转，右轮保持设定速度旋转，旋转至左轮的切线方向位于方向角度值B和方向角度值C之间，左右轮恢复至规定速度；

6、传感器实时检测机器人中心点位置和地面中心点位置之间的关系，并同时实时检测机器人当前的角度值，并根据如上方法进行实施调整左右轮的速度，在机器人旋转一定角度后，机器人中心可以很好的移动至地面中心点位置。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种搬运机器人中心坐标位置精确校准的方法，其特征在于，包括如下步骤：

设定机器人左轮及右轮的规定转动速度；

机器人运行至规定位置；

利用角度传感器和位置传感器采集机器人中心位置与地面中心位置的朝向角度AGV_DEG；

根据机器人朝向角度，利用绝对值计算电路实时计算机器人的x轴偏移和y轴偏移的绝对值；

利用相位计算电路，根据计算得到的偏移绝对值计算角度deg；

利用atan角度计算电路，根据x和y的偏移绝对值，计算出机器人中心位置处于的坐标象限；

利用参考角计算电路，根据角度deg及坐标象限，计算输出参考角度；

利用电流加减区域计算电路，根据参考角度计算出左右轮电机需要加减电流的角度区域；

利用左右轮加减电流判断电路，根据机器人朝向角度AGV_DEG，分别与角度区域角度范围相比较，最终计算出当前所在的区域值；

根据计算的当前所在区域值，控制左轮加速或右轮加速。

2.根据权利要求1所述的一种搬运机器人中心坐标位置精确校准的方法，其特征在于，利用角度传感器和位置传感器采集机器人中心位置与规定位置的朝向角度AGV_DEG，机器人相对地面中心位置的X方向偏移值X_offset，机器人相对地面中心位置的Y方向偏移值Y_offset。

3.根据权利要求1所述的一种搬运机器人中心坐标位置精确校准的方法，其特征在于，利用参考角计算电路，根据角度deg及坐标象限，计算输出参考角度；

当为0象限，参考角度＝角度deg+180°；

当为1象限，参考角度＝360°-角度deg；

当为2象限，参考角度＝角度deg；

当为3象限，参考角度＝180°-角度deg；

其中，0象限为直角坐标系中的第一象限；1象限为直角坐标系中的第四象限；2象限为直角坐标系中的第三象限；3象限为直角坐标系中的第二象限。

4.根据权利要求1所述的一种搬运机器人中心坐标位置精确校准的方法，其特征在于，利用电流加减区域计算电路，根据参考角度计算出左右轮电机需要加减电流的角度区域；

参考角度-45°到参考角度+45°区域，为左轮+电流右轮-电流区域，定义为10区域；

参考角度+45°到参考角度+135°区域，为左轮电流＝右轮电流区域，定义为00区域；

参考角度+135°到参考角度+225°区域，为左轮-电流右轮+电流区域，定义为01区域；

参考角度+225°到参考角度+315°区域，为左轮电流＝右轮电流区域，定义为00区域。

5.根据权利要求1所述的一种搬运机器人中心坐标位置精确校准的方法，其特征在于，根据计算的当前所在区域值，控制左轮加速或右轮加速；

当地面中心位置位于10区域内，左轮加速，右轮保持规定速度；

当地面中心位置位于01区域内，右轮加速，左轮保持规定速度；

当地面中心位置位于00区域内，左右轮保持规定速度。

6.根据权利要求5所述的一种搬运机器人中心坐标位置精确校准的方法，其特征在于，当地面中心位置位于00区域内，左右轮保持规定速度；

左右轮按规定速度旋转，转动至地面中心位置重新处于10或01区域；

在10区域内时，左轮加速，右轮保持规定速度；

在01区域内时，右轮加速，左轮保持规定速度。

7.根据权利要求1所述的一种搬运机器人中心坐标位置精确校准的方法，其特征在于，所述绝对值计算电路、相位计算电路、atan角度计算电路、参考角计算电路、电流加减区域计算电路和左右轮加减电流判断电路组成旋转中心校准电路，所述旋转中心校准电路最后输出2个信号，分别给左轮驱动电机和右轮驱动电机，为left_current_up/right_current_up两个信号，分别指示两个左右轮驱动电机是否需要增加或减少电流值。

8.一种搬运机器人中心坐标位置精确校准的系统，其特征在于，包括：

转动速度设定模块：用于设定机器人左轮及右轮的规定转动速度；

运行模块：用于控制机器人运行至规定位置；

角度采集模块：用于利用角度传感器和位置传感器采集机器人中心位置与地面中心位置的朝向角度AGV_DEG；

偏移绝对值计算模块：用于根据机器人朝向角度，利用绝对值计算电路实时计算机器人的x轴偏移和y轴偏移的绝对值；

角度deg计算模块：用于利用相位计算电路，根据计算得到的偏移绝对值计算角度deg；

坐标象限计算模块：用于利用atan角度计算电路，根据x和y的偏移绝对值，计算出机器人中心位置处于的坐标象限；

参考角度计算模块：用于利用参考角计算电路，根据角度deg及坐标象限，计算输出参考角度；

角度区域计算模块：用于利用电流加减区域计算电路，根据参考角度计算出左右轮电机需要加减电流的角度区域；

当前区域值计算模块：用于利用左右轮加减电流判断电路，根据机器人朝向角度AGV_DEG，分别与角度区域角度范围相比较，最终计算出当前所在的区域值；

左右轮加速控制模块：用于根据计算的当前所在区域值，控制左轮加速或右轮加速。

Images