[發明專利]一種基于三電磁傳感器的機器人導航方法

有效

• 申請號: 201310631937.4
• 申請日: 2013-12-02
• 公開（公告）號: CN103699123A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 董政胤;賈松敏;李秀智
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明屬于機器人領域，涉及一種機器人導航方法，利用三個電磁傳感器檢測機器人偏離電磁軌道的大小與方向，引導機器人沿著電磁軌道移動。

背景技術

目前，應用于機器人中的電磁軌道檢測裝置多為偶數個“工”字形電感，并且水平對稱地分布在軌道上方兩側，利用對稱位置的電磁傳感器檢測到的磁場強度的差值確定偏離軌道大小。理想狀態時左右對稱位置傳感器各參數嚴格相同，此時傳感器檢測磁場強度大小差值與位置關系如圖1所示。黑色加粗的曲線可以表征機器人相對電磁軌道的位置，黑色加粗曲線端點作為邊界閾值。由于對稱位置傳感器實際工作性能不可能完全相同，磁場強度差值與位置關系曲線將發生扭曲，如圖2所示。磁場強度差值與位置關系曲線不再通過零點，并且曲線非中心對稱，峰值之間的曲線不再能夠對稱的反應機器人與電磁軌道的相對位置關系。例如，機器人從左側偏離電磁軌道2cm與機器人從右側偏離電磁軌道2cm，在這種對稱的位置的條件下，左右傳感器的差值的大小卻不相等，這就降低了機器人控制的精度。除此之外，在曲線非中心對稱情況下設計中心差值參數時，需要使機器人中線與電磁軌道重合，但實際過程中需要人為放置機器人，難以做到精確地將機器人中線與電磁軌道重合，所以會引入隨機誤差。由于磁場強度差值與位置關系曲線在第一與第三象限均存在峰值，所以當機器人移動偏離出峰值位置時就會產生錯誤的位置信息，故需要在峰值之間分別設計兩個邊界閾值，但又由于曲線非中心對稱，所以需要在軌道兩側對稱位置分別測量兩個閾值，因此會引入隨機誤差。綜上所述，人為設定的參數數量增多，使裝置引入的隨機誤差的概率增大降低了機器人電磁導航的精度，而且測定參數時過程較為復雜。

申請號為200810234556.1的發明專利“自動引導小車的無接觸供電及導航裝置”，提出了一種利用雙對稱電磁傳感器對車輛進行電磁導航的技術，但是仍存在導航精度低、閾值參數多且設計復雜等問題，該方法應用到機器人電磁導航領域仍然難以滿足對精度的要求。

發明內容

針對采用雙對稱電磁傳感器導航存在的精度低、參數多且設計復雜等問題，本發明提出了一種基于三電磁傳感器的機器人導航方法，不再利用對稱位置的磁場強度的差值來表示機器人相對電磁軌道的位置，而是利用磁場強度與位置曲線嚴格軸對稱的特性表示機器人相對電磁軌道位置，簡化了邊界閾值參數個數、參數設計方法及中心位置的標定過程，提高了機器人電磁導航精度。

機器人導航裝置主要由電磁軌道、電磁傳感器、信號放大器、移動控制器組成。電磁軌道采用漆包線鋪設，在漆包線中通有正弦交變電流，在軌道周圍產生交變磁場。電磁傳感器從電磁軌道感應電磁信號，經放大后送到移動控制器，形成反映機器人偏離電磁軌道的誤差控制信號，控制機器人向消除誤差的方向移動。

本發明的電磁傳感器由三個“工”字形電感直線一字水平排列，中間傳感器位于機器人中軸線上，其它兩個電磁傳感器對稱分布于機器人中軸線兩側。

下面給出利用上述導航裝置進行導航的原理。

傳感器從電磁軌道檢測到的信號強度隨著機器人偏離電磁軌道中心的程度變化，當傳感器位于電磁軌道中心時，檢測到的信號強度最大；當傳感器偏離電磁軌道中心時，檢測到的信號強度逐漸變小，偏離越遠，信號越弱，而且變化趨勢左右嚴格對稱，如圖3所示。因此，傳感器檢測到的信號偏離最大值的程度可以作為機器人偏離電磁軌道的大小。進行機器人電磁導航時需要測量判定軌道邊界的閾值，當機器人移動到軌道邊界時，需要以最大轉角并保持上一時刻的回正方向前進，使機器在有限時間內可以回到允許運行范圍內。因為曲線嚴格對稱，所以在選取邊界閾值時只需要在曲線上的單邊進行測定，該閾值也適用于另一側的對稱位置。

由于中間傳感器位于機器人中軸線上，另外兩個分別位于機器人中軸線左右兩側，以中間傳感器檢測到的信號強度偏離最大值的程度表示機器人偏離電磁軌道的大小，以左右傳感器檢測到的信號差表示偏離的方向（偏向左或偏向右）。中間傳感器信號強度最大時，表示機器人的中線與軌道中線重合，此時將左右傳感器的差值作為機器人偏離電磁軌道方向的臨界值，大于此差值時，表示機器人偏離電磁軌道，而且位于軌道右側；小于此差值時，表示機器人偏離電磁軌道，且位于軌道左側。導航裝置的移動控制器將偏離軌道的大小與偏離軌道的方向合成機器人偏離軌道的誤差信號，控制機器人向著減小誤差的方向移動，從而實現機器人的電磁導航。

一種基于三電磁傳感器的機器人導航方法，具體包括以下幾個步驟：

步驟一，電磁軌道通電，啟動機器人，將機器人從軌道一側移動到另一側，與此同時記錄各個傳感器通道采集到的信號強度。