本發(fā)明涉及一種軌道機(jī)器人精確定位系統(tǒng)及精確定位方法。

背景技術(shù)：

關(guān)于軌道式移動(dòng)機(jī)器人的軌道定位方法目前主要有以下幾種：

1、軌道驅(qū)動(dòng)電機(jī)編碼器計(jì)數(shù)。該方法累計(jì)誤差大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離精確定位。

2、軌道固定間隔貼二維碼、條形碼，行走機(jī)構(gòu)讀取二維碼、條形碼方式實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)位置定位，兩個(gè)二維碼、條形碼之間通過(guò)電機(jī)編碼器計(jì)數(shù)來(lái)獲取移動(dòng)距離定位。該方法無(wú)法應(yīng)用于惡劣環(huán)境(如灰塵較大的場(chǎng)合，灰塵會(huì)遮擋二維碼、條形碼影響讀取)。

3、軌道固定間隔安裝特殊組合的霍爾磁鋼片(磁鋼以二進(jìn)制的方式組合)，行走機(jī)構(gòu)讀取霍爾信號(hào)組合實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)位置定位，兩個(gè)磁鋼片之間通過(guò)電機(jī)編碼器計(jì)數(shù)來(lái)獲取移動(dòng)距離定位。受限于霍爾磁鋼的組合方法，若要實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離站點(diǎn)檢測(cè)，則需要更多的磁鋼來(lái)編碼，磁鋼片空間占用較大，不利于軌道設(shè)計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

軌道式移動(dòng)機(jī)器人在軌道上移動(dòng)時(shí)，需要實(shí)時(shí)知道機(jī)器人在軌道上的精確位置，本發(fā)明提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)軌道精確、長(zhǎng)距離定位的定位系統(tǒng)。

本發(fā)明提供的軌道機(jī)器人精確定位系統(tǒng)，軌道上安裝有多個(gè)站點(diǎn)定位片，所述站點(diǎn)定位片上設(shè)置有磁鋼和射頻卡，各站點(diǎn)定位片在軌道上間隔分布；機(jī)器人上安裝有站點(diǎn)采集卡，所述站點(diǎn)采集卡用于采集磁鋼信號(hào)以及讀取射頻卡的編碼信息，所述機(jī)器人由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，機(jī)器人上安裝有對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)的電機(jī)編碼器。

本發(fā)明通過(guò)磁鋼來(lái)定位站點(diǎn)信息，當(dāng)讀取到磁鋼信號(hào)后，再去讀取射頻卡的序列號(hào)來(lái)定位當(dāng)前站點(diǎn)位置，由于射頻卡可任意編碼(32位)，因此在有限的尺寸設(shè)計(jì)中，可應(yīng)用于長(zhǎng)距離定位。射頻卡數(shù)據(jù)保存時(shí)間長(zhǎng)，幾乎支持無(wú)限次讀取，因此可滿足長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用。選用霍爾效應(yīng)(磁鋼檢測(cè))與射頻卡無(wú)線讀取，所以可以應(yīng)用于潮濕、灰塵較大等場(chǎng)合。

實(shí)際應(yīng)用中，由于兩個(gè)站點(diǎn)定位片之間依靠電機(jī)編碼器計(jì)數(shù)來(lái)獲取偏移距離，為了減少編碼器計(jì)數(shù)的累計(jì)誤差，兩個(gè)站點(diǎn)定位片之間的安裝距離不宜過(guò)長(zhǎng)，各站點(diǎn)定位片在軌道等間距分布。每隔一個(gè)站點(diǎn)重新開(kāi)始計(jì)算電機(jī)編碼器的值，編碼器累計(jì)誤差僅限于兩個(gè)站點(diǎn)之間的距離，不會(huì)影響到下一個(gè)站點(diǎn)之后的計(jì)數(shù)。

本發(fā)明所述電機(jī)編碼器采用普通的增量式光電正交編碼器即可實(shí)現(xiàn)，電機(jī)編碼器分辨率越高定位越精確。所述電機(jī)編碼器安裝在電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上。

本發(fā)明還提供一種采用本發(fā)明所述的軌道機(jī)器人精確定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軌道機(jī)器人精確定位方法，機(jī)器人在軌道上移動(dòng)，當(dāng)機(jī)器人上的站點(diǎn)采集卡采集到站點(diǎn)定位片上的磁鋼信號(hào)后，站點(diǎn)采集卡讀取站點(diǎn)定位片上的射頻卡的編碼信息，根據(jù)射頻卡的編碼信息確定該站點(diǎn)定位片的站點(diǎn)編號(hào)；機(jī)器人繼續(xù)在軌道上移動(dòng)，由電機(jī)編碼器對(duì)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人移動(dòng)的電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，該計(jì)數(shù)自機(jī)器人離開(kāi)相應(yīng)站點(diǎn)編號(hào)對(duì)應(yīng)的站點(diǎn)時(shí)開(kāi)始；根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)以及機(jī)器人驅(qū)動(dòng)輪的直徑確定機(jī)器人移動(dòng)的距離，即機(jī)器人距相應(yīng)站點(diǎn)編號(hào)對(duì)應(yīng)的站點(diǎn)的偏移距離。

為提供定位精確度，在電機(jī)編碼器計(jì)數(shù)前，先進(jìn)行清零操作。

定義其中一個(gè)站點(diǎn)為零位，機(jī)器人在初次進(jìn)入軌道時(shí)，利用站點(diǎn)采集卡采集站點(diǎn)定位片上的磁鋼信號(hào)后，讀取站點(diǎn)定位片上的射頻卡編碼信息，根據(jù)編碼信息確定零位站點(diǎn)的具體位置。

本發(fā)明通過(guò)磁鋼來(lái)定位站點(diǎn)信息，每個(gè)站點(diǎn)只需要使用一個(gè)磁鋼即可，當(dāng)讀取到該信號(hào)后(磁鋼實(shí)現(xiàn)精確定位，射頻卡讀取距離波動(dòng)較大，無(wú)法精確定位)，再去讀取射頻卡的序列號(hào)來(lái)定位當(dāng)前站點(diǎn)位置，由于射頻卡可任意編碼(32位)，因此在有限的尺寸設(shè)計(jì)中，該方案可應(yīng)用于長(zhǎng)距離定位(站點(diǎn)數(shù)多，可編碼到射頻卡最大的編碼即2的32次方)，且安裝所用的結(jié)構(gòu)件可統(tǒng)一加工，無(wú)需因?yàn)椴煌木幋a而用不同的結(jié)構(gòu)件。另外，由于射頻卡數(shù)據(jù)保存時(shí)間長(zhǎng)，幾乎支持無(wú)限次讀取，因此可滿足長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用。本發(fā)明選用霍爾效應(yīng)(磁鋼檢測(cè))與射頻卡無(wú)線讀取，所以可以應(yīng)用于潮濕、灰塵較大等場(chǎng)合，磁鋼、射頻卡技術(shù)成熟，采購(gòu)成本較低，可滿足對(duì)成本要求比較苛刻的場(chǎng)合。射頻卡可支持重新編碼，在應(yīng)用中，可根據(jù)需求隨時(shí)重新更改編碼，應(yīng)用方便、靈活。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)示意圖；

圖2為磁鋼信號(hào)檢測(cè)原理圖。

圖中：1-站點(diǎn)采集卡；2-站點(diǎn)定位片；3-驅(qū)動(dòng)軌道；4-電機(jī)軸；5-電機(jī)編碼器；6-驅(qū)動(dòng)齒輪；7-電機(jī)；8-一號(hào)站點(diǎn)；9-二號(hào)站點(diǎn)；10-射頻卡；11-磁鋼。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明提供的軌道機(jī)器人精確定位系統(tǒng)包括多個(gè)站點(diǎn)定位片2，站點(diǎn)定位片2上設(shè)置有磁鋼11和已編碼的射頻卡10，站點(diǎn)定位片2安裝在驅(qū)動(dòng)軌道3上，站點(diǎn)定位片2之間間隔布置，為減少定位誤差，相鄰站點(diǎn)定位片2之間的距離不宜過(guò)長(zhǎng)，并且相鄰站點(diǎn)定位片之間盡量等間距。機(jī)器人上具有電機(jī)7、驅(qū)動(dòng)齒輪6，驅(qū)動(dòng)軌道3上安裝與驅(qū)動(dòng)齒輪6配合的齒條，電機(jī)7轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)齒輪6與齒條的嚙合實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的前進(jìn)或后退，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在驅(qū)動(dòng)軌道3上行走。電機(jī)7的輸出軸上安裝有電機(jī)編碼器5，電機(jī)編碼器可以對(duì)電機(jī)7的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。機(jī)器人上還安裝有站點(diǎn)采集卡1。圖1是機(jī)器人與驅(qū)動(dòng)軌道的示意圖，如果需要更好地理解機(jī)器人如何在軌道上行走，可以參考發(fā)明專利zl201610186221.1一種機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)。

本發(fā)明提供的軌道機(jī)器人精確定位方法的具體流程如下：

定義一號(hào)站點(diǎn)8為零位，那么將一號(hào)站點(diǎn)8上的站點(diǎn)定位片2上的射頻卡10編碼為1，定義的零位作為機(jī)器人移動(dòng)定位的坐標(biāo)原點(diǎn)，實(shí)際使用時(shí)可作為充電點(diǎn)。此時(shí)假設(shè)機(jī)器人位于一號(hào)站點(diǎn)8的左側(cè)，那么機(jī)器人上電后即向右移動(dòng)尋找零位。需要指出的是，機(jī)器人也可能向左移動(dòng)尋找零位，假設(shè)左側(cè)的站點(diǎn)定位片上的射頻卡編碼為2，當(dāng)機(jī)器人的站點(diǎn)采集卡采集到該站點(diǎn)定位片上的磁鋼信號(hào)后，讀取射頻卡的編碼信號(hào)，發(fā)現(xiàn)該站點(diǎn)不是零位，那么，機(jī)器人向右移動(dòng)繼續(xù)尋找零位。當(dāng)機(jī)器人需要充電時(shí)，可以通過(guò)尋找零位來(lái)找到充點(diǎn)電。移動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)站點(diǎn)采集卡1采集到一號(hào)站點(diǎn)8上的站點(diǎn)定位片2的磁鋼信號(hào)后(利用霍爾效應(yīng)檢測(cè)電平跳變，默認(rèn)為高電平，檢測(cè)到磁鋼有信號(hào)后變?yōu)榈碗娖剑瑓⒄請(qǐng)D2的磁鋼信號(hào)檢測(cè)原理圖，站點(diǎn)采集卡上安裝有霍爾效應(yīng)傳感器dh580)，此時(shí)站點(diǎn)采集卡1開(kāi)始讀取該站點(diǎn)定位片上的射頻卡的編碼信號(hào)，此編碼即為機(jī)器人所在的當(dāng)前站點(diǎn)號(hào)，即一號(hào)站點(diǎn)。

讀取到一號(hào)站點(diǎn)后，機(jī)器人繼續(xù)向前行走，此時(shí)電機(jī)編碼器5開(kāi)始累加計(jì)數(shù)并計(jì)算累計(jì)移動(dòng)距離。具體來(lái)說(shuō)，假設(shè)驅(qū)動(dòng)齒輪半徑為40mm，則電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，機(jī)器人實(shí)際移動(dòng)距離為251.2mm(齒輪周長(zhǎng))，如電機(jī)編碼器檢測(cè)到電機(jī)累計(jì)轉(zhuǎn)了3圈，此時(shí)機(jī)器人的定位信息即為一號(hào)站點(diǎn)偏移753.6mm(251.2mm×3)。

同理，當(dāng)機(jī)器人繼續(xù)前進(jìn)，檢測(cè)到二號(hào)站點(diǎn)9上的站點(diǎn)定位片的磁鋼信號(hào)后，再讀取二號(hào)站點(diǎn)9的站點(diǎn)定位片上的射頻卡編碼(假設(shè)二號(hào)站點(diǎn)射頻卡編碼提前設(shè)置為2)，此時(shí)需清除電機(jī)編碼器5的計(jì)數(shù)值并重新開(kāi)始計(jì)數(shù)，也就是說(shuō)，電機(jī)編碼器計(jì)算的是機(jī)器人距離二號(hào)站點(diǎn)的偏移距離，即，假設(shè)機(jī)器人向三號(hào)站點(diǎn)移動(dòng)，機(jī)器人處于二號(hào)站點(diǎn)與三號(hào)站點(diǎn)之間，此時(shí)定位信息為二號(hào)站點(diǎn)偏移xxmm，假設(shè)驅(qū)動(dòng)齒輪半徑為40mm，電機(jī)轉(zhuǎn)了3圈，此時(shí)機(jī)器人的定位信息為二號(hào)站點(diǎn)偏移753.6mm。若機(jī)器人剛好在二號(hào)站點(diǎn)，電機(jī)編碼器還未有計(jì)數(shù)，則此時(shí)定位信息為二號(hào)站點(diǎn)偏移0mm。

后續(xù)定位信息讀取方法照此類推。

由于已知各站點(diǎn)之間的距離，假設(shè)機(jī)器人此時(shí)的定位信息為四號(hào)站點(diǎn)偏移500mm，相鄰站點(diǎn)之間的距離1000mm，此時(shí)，機(jī)器人距零點(diǎn)(一號(hào)站點(diǎn))的距離為1000×3+500＝3500mm。不僅能夠準(zhǔn)確得出機(jī)器人距離相應(yīng)站點(diǎn)的距離，還準(zhǔn)確得出機(jī)器人實(shí)際移動(dòng)了多少距離。

實(shí)際應(yīng)用中，由于兩個(gè)站點(diǎn)定位片之間依靠電機(jī)編碼器計(jì)數(shù)來(lái)獲取偏移距離，為了減少編碼器計(jì)數(shù)的累計(jì)誤差，兩個(gè)站點(diǎn)定位片之間的安裝距離不宜過(guò)長(zhǎng)。該方案每隔一個(gè)站點(diǎn)重新開(kāi)始計(jì)算電機(jī)編碼器的值，編碼器累計(jì)誤差僅限于兩個(gè)站點(diǎn)之間的距離，不會(huì)影響到下一個(gè)站點(diǎn)之后的計(jì)數(shù)。