CN210123284U - 一种轮式移动机器人及其里程计机构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种轮式移动机器人及其里程计机构，里程计机构设置于轮式移动机器人内部，并与轮式移动机器人的从动轮相连接，里程计机构包括光电编码器和联动系统，所述联动系统固定设置于轮式机器人的从动轮上，所述光电编码器通过所述联动系统与轮式机器人的从动轮相连接。同时涉及一种配置有里程计机构的轮式移动机器人。本实用新型的有益效果表现为：可以避免光电编码器因机器人轮子出现打滑时，轮子空转而导致的读取无效信息的问题，具有免受车轮打滑影响、减小回差的技术效果，同时该里程计机构设计结构合理、实现成本低、易于安装。
Description
技术领域
本实用新型涉及机器人定位导航装置设计技术领域，具体地说，是一种用于轮式移动机器人及其里程计机构。
背景技术
里程计是一种机器人的导航定位传感器系统，用于探测和计算机器人的位移、角度等定位信息。里程计的硬件部分通常由位移传感器、控制元件和机械安装结构三部分组成，其中，常用于里程计的位移传感器可以包括：光电编码器、霍尔传感器、陀螺仪等；控制元件用于读取和处理传感器数据，常见的里程计控制单元可以是：可编程控制器(PLC)、单片机(MCU) 或高速数字信号处理器(DSP)等；机械安装结构通常是指用于在机器人内部安装或配置里程计的机械结构。
轮式移动机器人是智能移动机器人的一种，现有的轮式移动机器人内部里程计功能的实现方式主要包括：第一，通过在轮式移动机器人的电机轴上安装光电编码器或霍尔传感器获取电机的转速，进而根据电机减速比和机器人轮径等信息推导计算出轮式移动机器人的移动轨迹；第二，通过在轮式移动机器人内部安装6轴、9轴加速度计或激光陀螺仪等惯性传感器，利用时间积分的方式计算出轮式移动机器人的移动轨迹。第一种方法虽然机构简单、设备成本较低，但是由于其机械结构的不合理性导致计算精度不能满足需要，具体的表现为：光电编码器或霍尔传感器和电机轴固定在一起，减速机的齿轮比越大，轮子正反转切换的时候机械回差比越大(该回差与齿轮咬合的紧密程度有关且不可避免，齿轮加工越紧密回差越小，齿轮数量越多回差越大，齿轮磨损程度越大回差越大)，由此使得机器人前后移动、轮子旋转方向频繁切换的时候系统会产生较大的计算误差，同时当机器人轮子出现打滑时，轮子空转而机器人没有发生移动，此时，安装在电机轴上的光电编码器或霍尔传感器会随着轮子继续读取信息，进而产生无效的里程计信息，影响里程计的精确度。第二种方法，虽然可以克服温飘、零漂问题，并且可以提高计算精度，但是关系传感器特别是激光陀螺仪使用成本高昂，并不能满足很多企业成本控制的要求。
实用新型内容
本实用新型的目的是提高里程计精确度，提供一种里程计机构，通过设计一个联动系统并将里程计固定设置于轮式移动机器人的从动轮上，可以避免光电编码器因机器人轮子出现打滑时，轮子空转而导致的读取无效信息的问题，具有免受车轮打滑影响、减小回差的技术效果。
本实用新型的再一的目的是针对现有技术中轮式移动机器人内部里程计功能的实现方式所存在的问题，提供一种轮式移动机器人，通过对轮式移动机器人内部设置的里程计机构进行改进，提高轮式移动机器人里程计算精确度，并且该里程计机构结构合理、易于灵活安装配置、成本低廉。
为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：一种里程计机构，设置于轮式移动机器人内部，所述里程计机构与轮式移动机器人的从动轮相连接，所述里程计机构包括光电编码器和联动系统，所述联动系统固定设置于轮式移动机器人的从动轮上，所述光电编码器通过所述联动系统与轮式移动机器人的从动轮相连接。
优选地，所述联动系统包括从动齿轮和编码器齿轮，所述从动齿轮和所述编码器齿轮互相啮合。
优选地，所述从动齿轮固定安装于所述轮式移动机器人的从动轮上。
优选地，所述编码器齿轮与所述光电编码器同轴相连。
优选地，所述光电编码器可拆卸地安装于轮式移动机器人的车架上。
为实现上述第二个目的，本实用新型采取的技术方案是：一种轮式移动机器人，包括车轮、车架和电机，所述车轮包括主动轮和从动轮，所述电机与所述主动轮相连，驱动主动轮运行，所述轮式移动机器人内部配置里程计，所述里程计包括可编程控制器和里程计机构，所述可编程控制器与光电编码器通信连接，用于实现可编程控制器读取光电编码器的信号。
优选地，所述里程计机构安装于所述车架与从动轮相连接的位置。
优选地，所述轮式移动机器人为双轮差速式移动机器人或单舵轮式三轮移动机器人。
本实用新型具有以下积极的技术效果：
1、本实用新型的里程计机构，通过设计一个联动系统并将其固定设置于轮式移动机器人的从动轮上，可以避免光电编码器因机器人轮子出现打滑时，轮子空转而导致的读取无效信息的问题，具有免受车轮打滑影响、减小回差的技术效果，同时该里程计机构设计结构合理、实现成本低、易于安装。
2、提供一种轮式移动机器人，通过对轮式移动机器人内部设置的里程计机构进行改进，提高轮式移动机器人里程计算精确度，并且该里程计机构结构合理、易于灵活安装配置、成本低廉。
附图说明
附图1是一实施例中本实用新型轮式移动机器人的里程计装配结构示意图；
附图2是一实施例中本实用新型轮式移动机器人的可编程控制器与光电编码器通信原理示意图；
附图3是一实施例中本实用新型里程计机构的局部放大示意图；
附图4是一实施例中本实用新型的轮式移动机器人的底部结构示意图。
附图中涉及的附图标记和组成部分如下所示：
主动轮110、从动轮120、车架200、电机300、光电编码器510、从动齿轮521、编码器齿轮 522。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同吋存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。
本实施例提供一种轮式移动机器人，可以是双轮差速式移动机器人或单舵轮式三轮移动机器人。无论是哪一种类型的轮式移动机器人，都可以通过本实用新型描述的实施例安装或配置本实用新型提供的里程计机构，优选地，对于一个轮式移动机器人，每一个从动轮与车架连接处均独立地安装或配置本实用新型所提供的里程计机构。
下面结合附图对本实用新型做进一步说明。
请参阅附图1，一实施例中本实用新型轮式移动机器人的里程计装配结构示意图，本实施例中的以单舵轮式三轮移动机器人为例详细说明本实用新型的技术方案，该轮式移动机器人10包括车轮100、车架200和电机300，以及配置于轮式移动机器人10内部的里程计。本实施例中单舵轮式三轮移动机器人的车轮100包括一个主动轮110和两个从动轮120，主动轮110上相连有电机300，电机300驱动主动轮110带动机器人运行。两个从动轮120之间通过车架200相连，对称地分设于车架200的两侧，里程计包括可编程控制器(图中未示出)和里程计机构500。
里程计机构500设置于轮式移动机器人10内部，优选地，与轮式移动机器人10的从动轮120相连接，安装于车架200与从动轮120之间相连接的位置。从图1可以看出，车架200两侧对称的从动轮120分别安装独立的里程计机构500。里程计机构500包括光电编码器510和联动系统520，优选地，联动系统520固定设置于轮式机器人10的从动轮120上，将光电编码器510与轮式机器人10的从动轮120相连接。通过光电编码器510、联动系统520与从动轮120三者之间的这种构成结构，可以实现防车轮打滑、减小回差的技术效果，具体的，由于机器人自重和从动轮轴承的原因，轴承的滚动摩擦力一定小于或等于地面滑动摩擦力，所以机器人移动过程中，主动轮可能会发生打滑现象，但从动轮不会发生打滑现象，避免了光电编码器安装在主动轮上时发生打滑里程计信息失效的问题。
轮式移动机器人10的可编程控制器与光电编码器510通信连接，用于实现可编程控制器读取光电编码器的信号，由于可编程控制器在实际应用中通常并不直接设置于机器人本体上，因此本实施例图中没有示出可编程控制器，并且对于本领域技术人员来说，通过本说明书对于可编程控制器与光电编码器510通信连接的描述可以直接得出，里程计使用时可编程控制器与光电编码器510必定配套使用，而无需在附图中特别示出。具体地，实际运行中是将光电编码器510的差分信号，接入可编程控制器400的通用输入/输出口当中。需要说明的是，本实际应用中，根据应用场景或应用设备的需求，可编程控制器可以选用各种型号的控制元件例如：可编程控制器(PLC)、单片机(MCU)或高速数字信号处理器(DSP)等。当轮式移动机器人通电后，车轮旋转，可编程控制器随即可以读取到光电编码器510中的差分脉冲信号。
请一并参阅附图2，图2示出的是一实施例中本实用新型轮式机器人的可编程控制器与光电编码器通信原理示意图，当轮式移动机器人10的左右从动轮分别配置了里程计时，安装于左从动轮上的光电编码器510可以被称作左轮编码器，安装于右从动轮上的光电编码器510 可以被称作右轮编码器，分别接入可编程控制器的不同的通用输入/输出口当中，通用输入/ 输出口在图2中示出为高速IO口。当轮式移动机器人通电后，车轮旋转，可编程控制器分别通过不同的高速IO口，分别获取来自左轮编码器和右轮编码器的差分脉冲信号，进而可以分别获得每个车轮的运转数据。
请一并参阅附图3，图3示出的是一实施例中本实用新型里程计机构示意图，本实用新型的里程计机构500包括光电编码器510和联动系统520，联动系统520固定设置于轮式机器人10的从动轮120上，将光电编码器510与轮式机器人10的从动轮120相连接。具体的，从图3中可以看出，联动系统520包括从动齿轮521和编码器齿轮522，从动齿轮521和编码器齿轮522之间互相啮合，从动齿轮521固定安装于轮式移动机器人10的从动轮120上，优选地，从动齿轮521与从动轮120同轴固定，以便于从动齿轮521可以随时与从动轮120 保持运行状态一致。编码器齿轮522与从动齿轮521啮合的同时与光电编码器510同轴相连，使得光电编码器510可以在编码器齿轮522的带动下产生差分脉冲信号。特别地，光电编码器510可以可拆卸地安装于轮式移动机器人10的车架200上，一方面可以提高光电编码器 510的稳定性，因为光电编码器510如果仅仅与编码器齿轮522同轴相连，结构不稳定，容易损坏，如果同时固定在机器人车架上可以保证光电编码器510的稳定性，同时也起到保护作用。需要说明的是，光电编码器510可以可拆卸地安装于轮式移动机器人10的车架200上，可以通过加紧装置或者螺丝等进行固定。
附图4示出的是一个实施例中，本实用新型的轮式移动机器人的底部结构示意图，本例中的轮式移动机器人以单舵轮式三轮移动机器人为例，如附图4中该轮式移动机器人10的车轮100包括一个主动轮110和两个从动轮120，主动轮110设于机器人的前部，其上相连有电机300，电机300驱动主动轮110带动机器人运行。两个从动轮120之间通过车架200相连，对称地分设于车架200的两侧，电机300运行时，驱动主动轮110移动，同时带动两个从动轮120跟随主动轮110同步移动。机器人移动过程中，从动轮120旋转带动固定于从动轮120上的从动齿轮521旋转，进而使得与从动齿轮521啮合的编码器齿轮522与从动齿轮 521同步旋转，由于编码器齿轮522与光电编码器510同轴相连，编码器齿轮522旋转使得光电编码器510运行产生差分脉冲信号。可编程控制器分别通过不同的高速IO口，分别获取来自左轮编码器和右轮编码器的差分脉冲信号，进而可以分别获得每个车轮的运转数据，具体地，通过可编程控制器读取光电编码器510的信号可以分别测得机器人左从动轮转速和右从动轮转速，可用于计算机器人的移动里程数据。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种里程计机构，设置于轮式移动机器人内部，其特征在于，所述里程计机构与轮式移动机器人的从动轮相连接，所述里程计机构包括光电编码器和联动系统，所述联动系统固定设置于轮式移动机器人的从动轮上，所述光电编码器通过所述联动系统与轮式移动机器人的从动轮相连接。
2.根据权利要求1所述的里程计机构，其特征在于，所述联动系统包括从动齿轮和编码器齿轮，所述从动齿轮和所述编码器齿轮互相啮合。
3.根据权利要求2所述的里程计机构，其特征在于，所述从动齿轮固定安装于所述轮式移动机器人的从动轮上。
4.根据权利要求2所述的里程计机构，其特征在于，所述编码器齿轮与所述光电编码器同轴相连。
5.根据权利要求4所述的里程计机构，其特征在于，所述光电编码器可拆卸地安装于轮式移动机器人的车架上。
6.一种轮式移动机器人，包括车轮、车架和电机，所述车轮包括主动轮和从动轮，所述电机与所述主动轮相连，驱动主动轮运行，其特征在于，所述轮式移动机器人内部配置里程计，所述里程计包括可编程控制器和权利要求1-5任意一项所述的里程计机构，所述可编程控制器与光电编码器通信连接，用于实现可编程控制器读取光电编码器的信号。
7.根据权利要求6所述的轮式移动机器人，其特征在于，所述里程计机构安装于所述车架与从动轮相连接的位置。
8.根据权利要求6所述的轮式移动机器人，其特征在于，所述轮式移动机器人为双轮差速式移动机器人或单舵轮式三轮移动机器人。
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Cited By (2)
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| CN113959459A (zh) * | 2021-10-21 | 2022-01-21 | 重庆大学 | 一种基于磁流变的轮式机器人里程计装置及控制方法 |
| CN114935347A (zh) * | 2022-07-25 | 2022-08-23 | 季华实验室 | 一种轮式机器人的里程计校正方法、电子设备及存储介质 |
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2019
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| CN113959459B (zh) * | 2021-10-21 | 2024-04-12 | 重庆大学 | 一种基于磁流变的轮式机器人里程计装置及控制方法 |
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