[發明專利]一種移動機器人用定位裝置及定位方法

在審

• 申請號: 201410374749.2
• 申請日: 2014-07-31
• 公開（公告）號: CN104089617A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發明（設計）人: 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
• 主分類號: G01C21/10
• 分類號: G01C21/10
• 代理公司: 四川力久律師事務所 51221
• 代理人: 林輝輪;王蕓

????技術領域

本發明涉及一種移動機器人定位技術領域，特別涉及一種移動機器人用定位裝置及定位方法。

背景技術

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。

發明內容

本發明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，本發明還提供了該定位裝置的定位方法。

為了實現上述發明目的，本發明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。