一種移動機器人用定位裝置及定位方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種移動機器人用定位裝置，包括支架，支架上設有至少兩個全向輪，相鄰兩個全向輪旋轉軸之間的夾角為大于0°同時小于180°，優選兩個正交的全向輪，每個全向輪相對支架可沿豎直方向滑動；定位裝置還包括能夠采集每個全向輪線速度的線速度采集裝置，能夠采集所述支架旋轉角度的角速度采集裝置，以及處理系統，線速度采集裝置的數據輸出接口、角速度采集裝置的數據輸出接口分別與處理系統通訊連接。該定位裝置直接可以固設在移動機器人底盤上任意位置，其確定的移動機器人位置，并不會因為移動機器人車輪打滑情況而產生影響，結構簡單，易于控制，定位快速精確；適用于任意形式的移動機器人底盤結構。

【技術實現步驟摘要】
一種移動機器人用定位裝置及定位方法
本專利技術涉及一種移動機器人定位
，特別涉及一種移動機器人用定位裝置及定位方法。
技術介紹
移動機器人在人類生產、生活中得到越來越廣泛的應用，如各類競賽機器人、車間搬運機器人、清潔機器人及各種服務機器人。移動機器人的定位系統是備受關注、富有挑戰性的一個重要研究課題，所謂定位是要確定機器人在環境中的實時位姿。根據移動機器人的底盤結構主要包括以下移動機器人：履帶式、差動輪式、全向輪式。傳統的編碼器定位技術是通過在各種移動機器人的底盤主動輪上安裝編碼器，以獲得輪子轉動的圈數，進而獲得機器人相對于上一采樣時刻位置和姿態的改變量，通過位移量的累積就可估算機器人的位置。但這種技術具有較大的局限性：由于編碼器安裝在主動輪上，以測電機轉速即主動輪的轉數獲得數據來進一步求解機器人所在的位置，但是，當遇到崎嶇不平或者傾斜的路面時，會改變機器人的加速度，因此受到慣性和地面摩擦阻力等因素影響，安裝有編碼器的機器人主動輪在運動過程中常會出現打滑或測滑現象，在主動輪未發生運動變化下機器人位置可能已經發生變化的時候，所以該編碼器所測的數據會引起較大的機器人位置定位誤差；同時，輪子越多，在將編碼器主動輪上時也會因為偏軸誤差，引起較大的定位誤差，嚴重影響了移動機器人的定位精度和控制；當然，在主動輪打滑時，機器人的從動輪雖然可能不會打滑而保持原狀，但是，如果將編碼器安裝在從動輪上，一方面考慮從動輪的承重問題需要改變從動輪與底盤的連接結構，比較麻煩，二是從動輪本身也不具備減震功能，在遇到崎嶇不平的路面時，從動輪也不能很好的適應路面的情況而發生震動，也會產生較大的誤差。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術中所存在的傳統技術中將編碼器定位于移動機器人的主動輪或從動輪上時，在遇到崎嶇不平或傾斜路面時，機器人在移動過程中發生打滑或側滑，從而引起較大定位誤差的不足，提供一種移動機器人用定位裝置，本專利技術還提供了該定位裝置的定位方法。為了實現上述專利技術目的，本專利技術提供了以下技術方案：一種移動機器人用定位裝置，包括支架，所述支架上設有至少兩個全向輪，相鄰兩個所述全向輪旋轉軸之間的夾角為大于0°同時小于180°，每個全向輪相對所述支架可沿豎直方向滑動；所述定位裝置還包括能夠采集每個所述全向輪線速度的線速度采集裝置，能夠采集所述支架旋轉角度的角速度采集裝置，以及處理系統，所述線速度采集裝置的數據輸出接口、角速度采集裝置的數據輸出接口分別與所述處理系統通訊連接。該移動機器人用定位裝置包括至少兩個全向輪，相鄰兩個全向輪的夾角大于0°且小于180°，定位裝置上的線速度采集裝置可以分別測得每個全向輪的變量，如線速度和進行軌跡增量，角速度采集裝置能夠采集定位裝置相對地面旋轉角度的增量，將原始數據傳入處理系統，處理系統則可以計算出定位裝置的坐標位置，如世界坐標系中的橫坐標和縱坐標，以及旋轉角度；由于該定位裝置不需要設于移動機器人的主動輪或從動輪上使用，而是直接可以固設在移動機器人底盤上，任意位置，所得到的定位裝置的坐標即可相應得到整個移動機器人的位置，并不會因為在遇到崎嶇不平或傾斜路面時，主動輪打滑或側移情況而對移動機器人定位產生影響，因為該定位裝置上的全向輪能夠相對支架沿豎直方向滑動，能夠靈活適應路面情況，起到減震作用，響應迅速；由于該定位裝置是整體化裝于移動機器人底盤上，能有效避免裝配后的偏軸誤差對定位的影響，其結構簡單，易于控制，定位快速精確。優選地，所述支架上設有兩個大小相同、相互垂直的全向輪。該支架上包括兩個大小相同、相互垂直的全向輪，相互垂直的意思是即兩個全向輪的自轉軸相對垂直設置，每個全向輪不僅能夠沿進行方向的滾動，還能沿垂直于每個全向輪的行進方向滑動，所以兩個全向輪的同時旋轉運動合成運動可以是沿其他任意方向的運動，因此兩個相互垂直的全向輪已經能夠實現任意的方向的滾動或滑動。優選地，所述支架上設有頂蓋，每個所述全向輪裝于輪架上，每個所述輪架與所述頂蓋之間還設有伸縮部件，所述伸縮部件包括豎直連接在所述頂蓋、所述輪架之間的減震軸，所述減震軸外套設有減震彈簧。由于現有移動機器人上的主動輪或從動輪一般都不具備減震功能，所以在遇到崎嶇不平的路面時，移動機器人震動較大，影響其穩定性；通過在每個全向輪的輪架和頂蓋上設置伸縮部件，選用常見的減震軸和減震彈簧，在遇到崎嶇不平的路面時，該定位裝置能夠根據路面的情況進行伸縮，能始終與路面相接觸，并不會發生打滑現象，進一步提高了定位裝置的定位準確性，同時也能改進移動機器人運動的平穩性。優選地，每個所述輪架上設有至少一個沿豎直方向的滑塊，所述支架上對應設有與所述滑塊適配的滑槽。兩個全向輪的輪架和支架分別均通過沿豎直方向的滑塊、滑槽配合，使連接在兩個輪架和頂蓋之間設置的伸縮部件，始終保持在同一豎直方向伸縮，全向輪也不會發生徑向滑動。優選地，所述支架包括中間板以及垂直連接在所述中間板端部的側板一和側板二，形成Z字形狀，兩個所述全向輪分別位于所述中間板兩側。該側板一、中間板、側板二還可以為一體成型體，能夠有效增加支架的結構強度和裝配的精準度。優選地，所述滑槽包括四個，其中兩個滑槽分別設在所述中間板兩側，另外兩個滑槽分別設在所述側板一、側板二上，每個所述全向輪的輪架上對應位置設有兩個滑塊與對應所述滑槽適配。每個輪架通過兩個滑塊與支架上的滑槽適配，兩個滑槽且相互垂直，不僅便于輪架對準支架安裝，還可以進一步增加輪架在相對支架上下滑動時的穩定性，不易發生擺動。優選地，所述線速度采集裝置為分別設于每個所述全向輪輪軸上的增量式編碼器，所述角速度采集裝置為陀螺儀。每個全向輪上的增量式編碼器都可以增量式光電編碼器，采集數據準確，反應靈敏；而角速度采集裝置可以采用MEMS陀螺儀；另外相應的處理系統中進行數據運算處理的處理器平臺可以采用STM32系列微處理器。優選地，所述支架底部還設有底蓋，所述底蓋相應位置設有能夠穿過兩個所述全向輪的開槽，所述支架、頂蓋、底蓋之間還設有封板，能夠將所述全向輪、輪架、伸縮部件、線速度采集裝置封裝；所述處理系統設于所述頂蓋表面，包括底板、處理器平臺和上殼，所述上殼設有所述處理器平臺的數據傳輸接口。支架上設有底蓋和封板，其作用是可以遮擋和保護全向輪，能有效減少地面的雜質或灰塵進入全向輪，防止全向輪被雜物纏繞卡死，增強該定位裝置的使用安全，也提高全向輪的使用壽命。另外，同時也將線速度采集裝置、角速度采集裝置、處理器平臺封裝成一體化模塊，只需要將模塊外殼設置一個數據傳輸接口，便能將定位裝置的位置信息傳輸到移動機器人主控裝置中，操作方便。本專利技術還提供了一種移動機器人用定位裝置的定位方法，使用如上所述的移動機器人用定位裝置，包括以下步驟：步驟一、將所述定位裝置固設于移動機器人底盤下方，調整所述定位裝置的兩個全向輪與移動機器人其他車輪為同一水平面；步驟二、測量兩個全向輪分別相對于移動機器人車體中心的垂直距離l1、l2；步驟三、移動機器人運動，所述線速度采集裝置同時采集兩個全向輪的參數，分別獲得單位時間內每個全向輪的線速度V1、V2，所述角速度采集裝置采集所述定位裝置的參數，獲得單位時間內所述定位裝置的相對地面旋轉角度的增量；步驟四、將所述線速度采集裝置和角速度采集裝置所采集的參數傳輸至所本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種移動機器人用定位裝置，包括支架(1)，其特征在于，所述支架(1)上設有至少兩個全向輪(2)，相鄰兩個所述全向輪(2)旋轉軸之間的夾角為大于0°同時小于180°，每個全向輪(2)相對所述支架(1)可沿豎直方向滑動；所述定位裝置還包括能夠采集每個所述全向輪(2)線速度的線速度采集裝置，能夠采集所述支架(1)旋轉角度的角速度采集裝置，以及處理系統(9)，所述線速度采集裝置的數據輸出接口、角速度采集裝置的數據輸出接口分別與所述處理系統(9)通訊連接。

【技術特征摘要】
1.一種移動機器人用定位裝置，包括支架(1)，其特征在于，所述支架(1)上設有至少兩個全向輪(2)，相鄰兩個所述全向輪(2)旋轉軸之間的夾角為大于0°同時小于180°，每個全向輪(2)相對所述支架(1)可沿豎直方向滑動；所述定位裝置還包括能夠采集每個所述全向輪(2)線速度的線速度采集裝置，能夠采集所述支架(1)旋轉角度的角速度采集裝置，以及處理系統(9)，所述線速度采集裝置的數據輸出接口、角速度采集裝置的數據輸出接口分別與所述處理系統(9)通訊連接；所述支架(1)上設有兩個大小相同、相互垂直的全向輪(2)，所述支架(1)上設有頂蓋(5)，每個所述全向輪(2)裝于輪架(3)上，每個所述輪架(3)與所述頂蓋(5)之間還設有伸縮部件(4)，所述伸縮部件(4)包括豎直連接在所述頂蓋(5)、所述輪架(3)之間的減震軸(41)，所述減震軸(41)外套設有減震彈簧(42)，每個所述輪架(3)上設有至少一個沿豎直方向的滑塊(32)，所述支架(1)上對應設有與所述滑塊(32)適配的滑槽(14)，所述支架(1)包括中間板(12)以及垂直連接在所述中間板(12)端部的側板一(11)和側板二(13)，形成Z字形狀，其中一個全向輪(2)沿豎直方向滑動設置在所述中間板(12)和側板一(11)上，另一個全向輪(2)沿豎直方向滑動設置在所述中間板(12)和側板二(13)上。2.根據權利要求1所述一種移動機器人用定位裝置，其特征在于，所述滑槽(14)包括四個，其中兩個滑槽(14)分別設在所述中間板(12)兩側，另外兩個滑槽(14)分別設在所述側板一(11)、側板二(13)上，每個所述全向輪(2)的輪架(3)上對應位置設有兩個滑塊(32)與對應所述滑槽(14)適配。3.根據權利要求1-2任一所述一種移動機器人用定位裝置，其特征在于，所述線速度采集裝置為分別設于每個所述全向輪(2)輪軸上的增量式編碼器(8)，所述角速度采集裝置為陀螺儀(95)。4.根據權利要求3所述一種移動機器人用定位裝置，其特征在于，所述支架(1)底部還設有底蓋(6)，所述底蓋(6)相應位置設有能夠穿過兩個所述全向輪(2)的開槽(62)，所述支架(1)、頂蓋(5)、底蓋(6)之間還設有封板(7)，能夠將所述全向輪(2)、輪架(3)、伸縮部件(4)、線速度采集裝置封裝；所述處理系統(9)設于所述頂蓋(5)表面，包括底板(93)、處理器平臺(92)和上殼(91)，所述上殼(91)設有所述處理器平臺(92)的數據傳輸接口(96...

【專利技術屬性】
技術研發人員：駱德淵，彭倍，劉靜，
申請(專利權)人：四川阿泰因機器人智能裝備有限公司，
類型：發明
國別省市：四川;51