[發明專利]一種電磁軌道式移動機器人的運動控制系統及控制方法

有效

• 申請號: 201310737433.0
• 申請日: 2013-12-27
• 公開（公告）號: CN103699128B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發明（設計）人: 樊紹勝;李森濤;李富林;衛星;沈春陽
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙)43008
• 代理人: 趙洪,周長清

技術領域

本發明主要涉及到移動機器人的控制領域，特指一種電磁軌道式移動機器人的運動控制方法。

背景技術

目前，在移動機器人的應用領域，電磁軌道式移動機器人已經開始出現在人們的視野中，這類機器人一般沿預定的軌跡移動，其能量主要依靠鋪設于地面下的發射線圈提供。其中，由地面下的發射線圈和固定于移動機器人本體的接收線圈組成磁耦合諧振系統，接收線圈上產生的高頻交流電經車載控制器處理后給移動機器人供電，此類機器人的運動控制還不成熟，還無法充分的發掘出此類機器人的應用潛力，還存在例如：電能利用率低、軌道切換易出錯、通信質量差、精確定位困難等一系列問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題就在于：針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種結構簡單緊湊、操作簡便、控制精度高、通信質量好、可靠性高的電磁軌道式移動機器人的運動控制系統及控制方法。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種電磁軌道式移動機器人的運動控制系統，包括發射線圈、接收線圈、發射電路、通信裝置、發射控制系統、車載控制器、幅值檢測器、補償電容組和速度傳感器；所述發射線圈和接收線圈構成能量傳輸通道并復用為通信裝置的天線構成通信系統，所述發射控制系統與車載控制器之間通過通信裝置、發射線圈、接收線圈進行數據傳遞，所述車載控制器將從速度傳感器采集回來的速度信號發送給發射控制系統，所述發射控制系統將當前速度與設置好的給定速度相比較，得到誤差之后利用PID算法控制發射電路的功率，經發射電路控制驅動電機的轉速；所述幅值檢測器和補償電容組構成諧振頻率自適應控制系統，所述幅值檢測器不斷的檢測當前接收線圈諧振電壓的幅值并將采集的幅值轉換成數字量傳遞給車載控制器，所述車載控制器將補償電容組中的一個以上小容量電容接入或撤出電路。

作為本發明方法的進一步改進：所述幅值檢測器包括幅值保持電路和A/D轉換器。

作為本發明方法的進一步改進：所述通信裝置包括信號編碼器、調制電路、功率放大電路、選頻放大器、解調電路和解碼器，所述信號編碼器用于將數據按照曼徹斯特編碼規則進行編碼，所述調制電路將曼徹斯特編碼進行FSK調制，調制波通過功率放大電路進行放大直接輸入發射線圈或接收線圈中完成信息發送；所述選頻放大器將接收線圈或發射線圈接收到的信號進行選頻放大后，得到FSK調制的通信信號，通過解調電路進行解調，將信號還原成曼徹斯特編碼，由所述解碼器將曼徹斯特編碼還原為原數據輸出完成信息的接收。

作為本發明方法的進一步改進：所述發射線圈為窄長型結構、兩端收縮變窄。

作為本發明方法的進一步改進：所述發射線圈為窄長型結構、中部具有多個收縮擴張段。

本發明進一步提供一種基于上述運動控制系統的控制方法，其步驟為：（1）、檢測發射電路（3）的功率，當發射電路（3）的功率低于設定的閾值時，執行步驟（2）；否則，返回繼續檢測檢測發射電路（3）的功率；

（2）、選擇移動機器人的行進方向：前進或后退；當為前進時，關閉當前發射線圈，開啟移動機器人前方發射線圈，完成后，返回繼續檢測檢測發射電路（3）的功率；當為后退時，關閉當前發射線圈，開啟移動機器人后方發射線圈，完成后，返回繼續檢測檢測發射電路（3）的功率。

作為本發明方法的進一步改進：包括諧振頻率自適應控制流程，其步驟為：利用幅值檢測器檢測諧振電壓的幅值大小，當幅值檢測器檢測到諧振電壓的幅值增大，說明接收電路的固有頻率大于發射電路的頻率，那么車載控制器將繼續將補償電容組中的電容接入電路，以降低接收電路的固有頻率，直到諧振電壓的幅值不再增大為止；當電容撤出電路時，如果幅值檢測器檢測到諧振電壓的幅值增大，說明接收電路的固有頻率小于發射電路的頻率，那么車載控制器將繼續將補償電容組中的電容依次撤出電路，以增大接收電路的固有頻率，直到諧振電壓的幅值不再增大為止。

與現有技術相比，本發明的優點在于：

1、本發明結構簡單，成本低，通過發射線圈和接受線圈的復用，實現了能量波與通信信號的混合傳輸，實際無線通信距離只有發射線圈到接收線圈十幾厘米的距離，保證了通信質量。解決了現有的WIFI通信技術以及GPRS通信技術難以克服的信號死區問題，保證了通信信號的穩定。

2、本發明的速度控制在發射端進行，相比于現有的直接使用調速器來調節電機轉速相比，提高了電能的利用率。