[發(fā)明專利]用于移動機器人小車的兩自由度測速機構及其測速方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210169342.7
• 申請日: 2012-05-28
• 公開（公告）號: CN102680724A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設計）人: 景國輝
• 申請（專利權）人: 無錫普智聯(lián)科高新技術有限公司
• 主分類號: G01P3/00
• 分類號: G01P3/00
• 代理公司: 天津盛理知識產(chǎn)權代理有限公司 12209
• 代理人: 王利文

技術領域

本發(fā)明屬于移動機器人小車技術領域，尤其是一種用于移動機器人小車的兩自由度測速機構及其測速方法。

背景技術

目前,移動機器人小車測速方法通常是在主動輪上安裝光電編碼器，當電機旋轉(zhuǎn)時，光柵盤與電機同速旋轉(zhuǎn)，利用光電轉(zhuǎn)換原理直接將位移或角度的模擬信號轉(zhuǎn)換成相應的電脈沖或數(shù)字量，通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數(shù)就能反映當前電機的轉(zhuǎn)速。這種將光電編碼器安裝在主動輪上的方法雖然可以測速電機速度，但是，當移動機器人小車遇到特殊情況，如地面上存在油漬和冰雪都會使地面摩擦力小于正常值，由于地面摩擦力小于正常范圍而不足以推動車輛前進，致使移動機器人小車車輪出現(xiàn)打滑空轉(zhuǎn)現(xiàn)象，此時，安裝在主動輪上的光電編碼器雖然依舊能夠正常輸出脈沖并反映車輪的轉(zhuǎn)速，但是，整個車體并沒有發(fā)生任何移動，因此，會出現(xiàn)車體速度為零而車輪的速度大于零的車速測速的錯誤結(jié)論，不能真實地反映出移動機器人小車的真實行進速度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種用于移動機器人小車的兩自由度測速機構及其測速方法，解決了車輪空轉(zhuǎn)情況下不能準確測速的問題。

本發(fā)明解決其技術問題是采取以下技術方案實現(xiàn)的：

一種用于移動機器人小車的兩自由度測速機構，包括測速機構支架、第一軸承、第二軸承、轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)軸編碼器、連桿、隨動輪、隨動輪支架、隨動輪轉(zhuǎn)軸和隨動輪編碼器，第一軸承安裝在測速機構支架的中部，第一軸承與轉(zhuǎn)軸嚙合在一起，轉(zhuǎn)軸的一端通過第一軸承、轉(zhuǎn)軸聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)軸編碼器相連接，轉(zhuǎn)軸的另一端與第二軸承嚙合在一起；在轉(zhuǎn)軸上徑向安裝一連桿軸，該連桿軸的外端與連桿的一端鉸裝在一起，在連桿與轉(zhuǎn)軸之間設有一個彈簧使連桿沿連桿軸轉(zhuǎn)動，該連桿的另一端安裝在隨動輪轉(zhuǎn)軸的兩端，該隨動輪安裝在隨動輪轉(zhuǎn)軸上，該隨動輪轉(zhuǎn)軸一側(cè)通過隨動輪聯(lián)軸器與隨動輪編碼器相連接，該隨動輪編碼器安裝隨動輪支架上，該隨動輪支架與連桿的下端固裝在一起。

而且，所述的測速機構支架由第一橫架、第二橫架和縱架連接構成，第一橫架安裝在縱架一側(cè)的中部并與第一軸承固裝，第二橫架安裝在縱架的一側(cè)的底部。

而且，所述的第二軸承嚙合安裝在轉(zhuǎn)軸的上端，所述的轉(zhuǎn)軸編碼器通過轉(zhuǎn)軸聯(lián)軸器安裝在測速機構下端的第二橫架上。

而且，所述的第二軸承安裝在測速機構下端的第二橫架上，所述的轉(zhuǎn)軸編碼器通過第一軸承、轉(zhuǎn)軸聯(lián)軸器安裝在轉(zhuǎn)軸的上端。

而且，所述的轉(zhuǎn)軸編碼器、隨動輪編碼器還與測速電路相連接，該測速電路包括微處理器、轉(zhuǎn)軸編碼器接口、隨動輪編碼器接口和通信接口，轉(zhuǎn)軸編碼器接口的輸出端、隨動輪編碼器接口的輸出端與微處理器相連接，微處理器根據(jù)兩個編碼器采集的信息進行速度計算并通過通信接口將測速結(jié)果進行輸出。

而且，所述的通信接口采用RS232接口、485接口或網(wǎng)口。

一種用于移動機器人小車的兩自由度測速方法，包括以下步驟：

步驟1：通過轉(zhuǎn)軸編碼器得到車體轉(zhuǎn)彎時車體運動方向和測速機構之間的夾角θ值，通過隨動輪編碼器得到隨動輪的角速度ω_{轉(zhuǎn)彎}；

步驟2：通過下式計算隨動輪的線速度V_輪：

V_輪=R_隨動輪*ω_{轉(zhuǎn)彎}

上式中，R_隨動輪為隨動輪的半徑,ω_{轉(zhuǎn)彎}為隨動輪的角速度；

步驟3：通過下式計算車體速度V_車：

V_車=V_輪/COSθ

上式中，V_輪為隨動輪的線速度。

本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是：

本發(fā)明安裝在車體底部，通過轉(zhuǎn)軸和隨動輪上的編碼器實時采集轉(zhuǎn)軸和隨動輪編碼器的數(shù)據(jù)，由于隨動輪的動力來自于車體，車體移動隨動輪才能轉(zhuǎn)動，所以隨動輪編碼器讀出的數(shù)據(jù)能夠真實反映車體的速度，當?shù)孛婺Σ亮π∮谡７秶率管囕v打滑時，由于此時車體未能發(fā)生移動，隨動輪也將不會轉(zhuǎn)動，安裝在隨動輪上的編碼器也將不會產(chǎn)生輸出脈沖，解決了車輪空轉(zhuǎn)情況下不能準確測速的問題，實現(xiàn)了對車體速度的精確測速功能。

附圖說明

圖1是測速機構的結(jié)構示意圖；

圖2是測速機構的隨動輪部分結(jié)構示意圖；

圖3是測速機構與移動機器人小車的連接示意圖；

圖4是測速機構的測速電路方框圖；

圖5是測速機構與移動機器人小車運動方向一致的狀態(tài)示意圖；