移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)，包括設(shè)置在機(jī)器人工作場(chǎng)所的多個(gè)磁導(dǎo)軌，多個(gè)磁導(dǎo)軌依次連接，工作場(chǎng)所的待監(jiān)測(cè)點(diǎn)處和相鄰兩個(gè)磁導(dǎo)軌之間位置處均設(shè)有磁條，相鄰兩個(gè)磁條之間的路段構(gòu)成機(jī)器人沿著該磁導(dǎo)軌運(yùn)行的工作路段；機(jī)器人上設(shè)有工控機(jī)，機(jī)器人的底盤(pán)的前部和后部分別設(shè)有前排磁傳感器和后排磁傳感器，前排磁傳感器和后排磁傳感器用于當(dāng)機(jī)器人在所述磁導(dǎo)軌上方行走時(shí)檢測(cè)輸出所述磁導(dǎo)軌和磁條的磁場(chǎng)信號(hào)；工控機(jī)用于接收所述前排磁傳感器和后排磁傳感器輸出的所述磁場(chǎng)信號(hào)，根據(jù)所述磁場(chǎng)信號(hào)和預(yù)先存儲(chǔ)的機(jī)器人運(yùn)行路徑信息控制機(jī)器人的行走狀態(tài)從而導(dǎo)航并定位機(jī)器人運(yùn)行。本發(fā)明導(dǎo)航機(jī)器人運(yùn)行時(shí)，可靠性高，定位誤差小。
【專利說(shuō)明】移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及移動(dòng)機(jī)器人定位【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展，移動(dòng)機(jī)器人在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、軍事以及社會(huì)服務(wù) 業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用，特別是以移動(dòng)機(jī)器人為載體，搭載紅外熱成像儀、可見(jiàn)光攝像頭等 設(shè)備完成與故障監(jiān)測(cè)、設(shè)備監(jiān)控等相關(guān)的工作任務(wù)，具有廣闊的應(yīng)用前景和實(shí)用價(jià)值。然而 實(shí)現(xiàn)這些功能都離不開(kāi)移動(dòng)機(jī)器人行走過(guò)程中的精確導(dǎo)航定位。
[0003] 目前，較為成熟的機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)有兩種：一種是專利號(hào)為CN202166895U《變電站 智能巡檢機(jī)器人的激光導(dǎo)航系統(tǒng)》中所述的采用激光導(dǎo)航傳感器和反光標(biāo)志進(jìn)行導(dǎo)航。采 用激光導(dǎo)航不受電磁干擾的影響，能夠在反光標(biāo)志范圍內(nèi)較為準(zhǔn)確的定位，機(jī)器人底盤(pán)高 度不受導(dǎo)航系統(tǒng)的約束。但是激光導(dǎo)航依賴反光標(biāo)志，反光標(biāo)志不僅容易受到外界環(huán)境影 響，而且對(duì)場(chǎng)地適應(yīng)能力不強(qiáng)，巡檢路徑單一，機(jī)器人缺乏靈活性，不可靠。
[0004] 另一種是專利號(hào)為CN202058039U《變電站巡檢機(jī)器人多傳感器融合的組合定位系 統(tǒng)》中所述的采用磁傳感器檢測(cè)磁導(dǎo)軌進(jìn)行導(dǎo)航。采用磁傳感器檢測(cè)磁導(dǎo)軌進(jìn)行導(dǎo)航，該方 式在變電站環(huán)境下比激光導(dǎo)航可靠。但是其采用RFID標(biāo)簽定位，數(shù)據(jù)處理周期長(zhǎng)，在高壓 變電站強(qiáng)磁環(huán)境下抗電磁干擾能力差，亦不可靠。
[0005] 由于移動(dòng)機(jī)器人工作場(chǎng)所的導(dǎo)航路徑和任務(wù)要求有差異，并且需要適應(yīng)特殊的環(huán) 境條件和多種工作模式，使得移動(dòng)機(jī)器人必須導(dǎo)航穩(wěn)定，定位準(zhǔn)確以及機(jī)器人能夠高度可 靠地前進(jìn)、后退、掉頭、轉(zhuǎn)彎。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述不足，提供一種移動(dòng)機(jī)器人定位 系統(tǒng)，導(dǎo)航機(jī)器人運(yùn)行時(shí)，可靠性高，定位誤差小，機(jī)器人運(yùn)行方式靈活，抗干擾能力強(qiáng)，適 用于強(qiáng)磁、強(qiáng)輻射等特殊環(huán)境，成本低，可靠性高。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)，包 括設(shè)置在機(jī)器人工作場(chǎng)所的多個(gè)磁導(dǎo)軌，所述多個(gè)磁導(dǎo)軌依次連接，工作場(chǎng)所的待監(jiān)測(cè)點(diǎn) 處和相鄰兩個(gè)磁導(dǎo)軌之間位置處均設(shè)有磁條，相鄰兩個(gè)磁條之間的路段構(gòu)成機(jī)器人沿著該 磁導(dǎo)軌運(yùn)行的工作路段；所述機(jī)器人上設(shè)有工控機(jī)，所述機(jī)器人的底盤(pán)的前部和后部分別 設(shè)有前排磁傳感器和后排磁傳感器，其中，所述前排磁傳感器和后排磁傳感器，用于當(dāng)機(jī)器 人在所述磁導(dǎo)軌上方行走時(shí)，檢測(cè)輸出所述磁導(dǎo)軌和磁條的磁場(chǎng)信號(hào)，所述工控機(jī)，用于接 收所述前排磁傳感器和后排磁傳感器輸出的所述磁場(chǎng)信號(hào)，根據(jù)所述磁場(chǎng)信號(hào)和預(yù)先存儲(chǔ) 的機(jī)器人運(yùn)行路徑信息控制機(jī)器人的行走狀態(tài)從而導(dǎo)航并定位機(jī)器人運(yùn)行。
[0008] 優(yōu)選的，當(dāng)機(jī)器人前進(jìn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，若所述工控機(jī)接收到所述前排磁傳感器檢測(cè)到的 磁條磁場(chǎng)信號(hào)，便控制機(jī)器人減速，直到所述后排磁傳感器檢測(cè)到磁條磁場(chǎng)信號(hào)，機(jī)器人停 止，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。
[0009] 優(yōu)選的，當(dāng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到某一工作路段的磁條處時(shí)，所述工控機(jī)判斷當(dāng)前位置是 否是監(jiān)測(cè)點(diǎn)，若是，則機(jī)器人采樣監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息；若否，則控制機(jī)器人運(yùn)行至下一工作路段繼 續(xù)工作。
[0010] 優(yōu)選的，當(dāng)機(jī)器人運(yùn)行完所有工作路段后，所述工控機(jī)還根據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)的所述機(jī) 器人運(yùn)行路徑信息控制機(jī)器人回到開(kāi)始路段，機(jī)器人開(kāi)始后退行走，所述前排磁傳感器和 后排磁傳感器同時(shí)用于導(dǎo)航機(jī)器人行走確保機(jī)器人回到起點(diǎn)位置。
[0011] 優(yōu)選的，所述工控機(jī)與機(jī)器人的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電性連接，通過(guò)控制所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 從而控制機(jī)器人的行走狀態(tài)。
[0012] 進(jìn)一步的，所述機(jī)器人的行走狀態(tài)包括前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、掉頭或停止。
[0013] 優(yōu)選的，所述磁導(dǎo)軌與機(jī)器人底盤(pán)上安裝的磁傳感器之間的垂直距離為25-40mm。
[0014] 優(yōu)選的，所述多個(gè)工作路段中相鄰路段的夾角為0至360°之間任一角度。
[0015] 優(yōu)選的，所述機(jī)器人運(yùn)行路徑信息包括所述多個(gè)工作路段中每條路段的編號(hào)、相 對(duì)上一路段的轉(zhuǎn)彎角度、路徑屬性，和/或監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息。
[0016] 優(yōu)選的，所述磁條與磁導(dǎo)軌垂直并呈"十"字形。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果： 本發(fā)明采用磁導(dǎo)軌和前后磁傳感器組合導(dǎo)航機(jī)器人行走，且在磁導(dǎo)軌構(gòu)成的工作路 段設(shè)置磁條，磁條設(shè)置在轉(zhuǎn)彎處或待監(jiān)測(cè)點(diǎn)處，不需要依靠類似RFID或者反光標(biāo)志等輔助 物，重復(fù)定位精度在2mm以內(nèi)，具有很高的可靠性。同時(shí)磁條的信號(hào)輻射范圍小，磁傳感器 檢測(cè)的精度高，機(jī)器人前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、掉頭環(huán)節(jié)穩(wěn)定可靠，運(yùn)行路徑靈活，抗干擾能力強(qiáng)， 不受工作環(huán)境影響，該定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，響應(yīng)速度快。
[0018]

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】： 圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)路徑示意圖； 圖3是本發(fā)明機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制流程圖； 其中：1、起始點(diǎn)，2、磁條，3、機(jī)器人，4、磁導(dǎo)軌，5、工控機(jī)，6、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，7、前排磁傳感 器，8、后排磁傳感器。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明 上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本
【發(fā)明內(nèi)容】
所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范 圍。
[0020] 如圖1-2所示的移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)，包括設(shè)置在機(jī)器人3工作場(chǎng)所的多個(gè)磁導(dǎo) 軌4,所述多個(gè)磁導(dǎo)軌4依次連接，工作場(chǎng)所的待監(jiān)測(cè)點(diǎn)處和相鄰兩個(gè)磁導(dǎo)軌4之間位置處 均設(shè)有磁條2,相鄰兩個(gè)磁條2之間的路段構(gòu)成機(jī)器人3沿著該磁導(dǎo)軌4運(yùn)行的工作路段； 所述機(jī)器人3上設(shè)有工控機(jī)5,所述機(jī)器人3的底盤(pán)的前部和后部分別設(shè)有前排磁傳感器7 和后排磁傳感器8,其中，所述前排磁傳感器7和后排磁傳感器8,用于當(dāng)機(jī)器人3在所述磁 導(dǎo)軌4上方行走時(shí)，檢測(cè)輸出所述磁導(dǎo)軌4和磁條2的磁場(chǎng)信號(hào)，所述工控機(jī)5,用于接收所 述前排磁傳感器7和后排磁傳感器8輸出的所述磁場(chǎng)信號(hào)，根據(jù)所述磁場(chǎng)信號(hào)和預(yù)先存儲(chǔ) 的機(jī)器人運(yùn)行路徑信息控制機(jī)器人3的行走狀態(tài)從而導(dǎo)航并定位機(jī)器人3運(yùn)行。
[0021] 具體的，在工作場(chǎng)所預(yù)埋多個(gè)導(dǎo)航磁條，即磁導(dǎo)軌4,所述磁導(dǎo)軌4與機(jī)器人3底 盤(pán)上安裝的磁傳感器之間的垂直距離為25-40mm，這個(gè)距離范圍可以保證有效的磁場(chǎng)檢測(cè)， 提高機(jī)器人運(yùn)行可靠性。預(yù)埋磁導(dǎo)軌4路徑覆蓋工作場(chǎng)所需要檢測(cè)的所有設(shè)備位置，并在 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置（即設(shè)備位置）和轉(zhuǎn)彎位置（即相鄰磁導(dǎo)軌連接處）鋪設(shè)橫磁條2 (稱停止位，下 同)，每相鄰兩停止位之間路徑為一條工作路段。所述多個(gè)工作路段中相鄰路段的夾角為〇 至360°之間任一角度。將機(jī)器人3運(yùn)行路徑劃分為多條工作路段，并且每條路段的路徑信 息都預(yù)先存儲(chǔ)在工控機(jī)中，其包括多個(gè)工作路段中每條路段的編號(hào)、相對(duì)上一路段的轉(zhuǎn)彎 角度、路徑屬性，和/或監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息等。其中所述工控機(jī)5與機(jī)器人3的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器6電性 連接，通過(guò)控制所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器6從而控制機(jī)器人3的行走狀態(tài)，所述機(jī)器人3的行走狀態(tài) 包括前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、掉頭或停止等。所述前排磁傳感器7、后排磁傳感器8通過(guò)D/Ι與工 控機(jī)5連接，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器6通過(guò)CAN總線與工控機(jī)5連接。
[0022] 工作時(shí)，機(jī)器人3從起始點(diǎn)1開(kāi)始運(yùn)行，機(jī)器人3運(yùn)動(dòng)到磁條2處，即停止位時(shí)都 會(huì)停止。當(dāng)機(jī)器人3前進(jìn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，若所述工控機(jī)5接收到所述前排磁傳感器7檢測(cè)到的磁 條2磁場(chǎng)信號(hào)，便控制機(jī)器人3減速，直到所述后排磁傳感器8檢測(cè)到磁條2磁場(chǎng)信號(hào)，機(jī) 器人3停止，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，定位誤差小于2cm。當(dāng)機(jī)器人3運(yùn)動(dòng)到某一工作路段的磁條2 處(停止位）時(shí)，所述工控機(jī)5判斷當(dāng)前位置是否是監(jiān)測(cè)點(diǎn)，若是，則機(jī)器人3采樣監(jiān)測(cè)點(diǎn)信 息；若否，則控制機(jī)器人3運(yùn)行至下一工作路段繼續(xù)工作。當(dāng)機(jī)器人3運(yùn)行完所有工作路段 后，所述工控機(jī)5還根據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)的所述機(jī)器人運(yùn)行路徑信息控制機(jī)器人3回到開(kāi)始路段， 機(jī)器人3開(kāi)始后退行走，所述前排磁傳感器7和后排磁傳感器8同時(shí)用于導(dǎo)航機(jī)器人3行 走確保機(jī)器人3回到起點(diǎn)位置。圖3為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的控制流程圖，機(jī)器人從起始點(diǎn)1開(kāi)始， 根據(jù)工控機(jī)5存儲(chǔ)的路徑信息，執(zhí)行巡檢任務(wù)。工控機(jī)5存儲(chǔ)機(jī)器人3每一次所需執(zhí)行任 務(wù)的全部工作路段信息，利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)器6控制機(jī)器人3的運(yùn)動(dòng)。前進(jìn)時(shí)，前排磁傳感器7 用于導(dǎo)航，后排磁傳感器8用于精準(zhǔn)定位；后退時(shí)，前、后排磁傳感器都用于導(dǎo)航，確保機(jī)器 人準(zhǔn)確回到起始點(diǎn)1。
[0023] 在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，所述磁條2與磁導(dǎo)軌4垂直并呈"十"字形。本實(shí)施例 中所述磁傳感器寬50mm，磁導(dǎo)軌寬5mm，機(jī)器人3在磁導(dǎo)軌4上導(dǎo)航行走是依靠磁傳感器 (7、8)檢測(cè)磁導(dǎo)軌4信號(hào)并通過(guò)工控機(jī)5控制使機(jī)器人3運(yùn)行在磁導(dǎo)軌4中間位置來(lái)實(shí)現(xiàn) 導(dǎo)航行走，定位停止是通過(guò)檢測(cè)與磁導(dǎo)軌4垂直的橫向磁條2的信號(hào)實(shí)現(xiàn)，兩者垂直并呈 "十"字形，能確保機(jī)器人底盤(pán)前后的磁傳感器（7、8)全部被橫磁條覆蓋，此時(shí)若檢測(cè)點(diǎn)數(shù)大 于預(yù)設(shè)值，則控制實(shí)現(xiàn)定位停止。
[0024] 本發(fā)明采用磁導(dǎo)軌和前后磁傳感器組合導(dǎo)航機(jī)器人行走，且在磁導(dǎo)軌構(gòu)成的工作 路段設(shè)置磁條，磁條設(shè)置在轉(zhuǎn)彎處或待監(jiān)測(cè)點(diǎn)處，不需要依靠類似RFID或者反光標(biāo)志等輔 助物，定位精度在2_以內(nèi)，具有很高的可靠性。同時(shí)磁條的信號(hào)輻射范圍小，磁傳感器檢 測(cè)的精度高，機(jī)器人前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、掉頭環(huán)節(jié)穩(wěn)定可靠，運(yùn)行路徑靈活，抗干擾能力強(qiáng)，不 受工作環(huán)境影響，該定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，響應(yīng)速度快。
[0025] 上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明并不限制于上 述實(shí)施方式，在不脫離本申請(qǐng)的權(quán)利要求的精神和范圍情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以作 出各種修改或改型。
【權(quán)利要求】
1. 一種移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于，包括設(shè)置在機(jī)器人工作場(chǎng)所的多個(gè)磁導(dǎo)軌， 所述多個(gè)磁導(dǎo)軌依次連接，工作場(chǎng)所的待監(jiān)測(cè)點(diǎn)處和相鄰兩個(gè)磁導(dǎo)軌之間位置處均設(shè)有磁 條，相鄰兩個(gè)磁條之間的路段構(gòu)成機(jī)器人沿著該磁導(dǎo)軌運(yùn)行的工作路段；所述機(jī)器人上設(shè) 有工控機(jī)，所述機(jī)器人的底盤(pán)的前部和后部分別設(shè)有前排磁傳感器和后排磁傳感器；其中， 所述前排磁傳感器和后排磁傳感器，用于當(dāng)機(jī)器人在所述磁導(dǎo)軌上方行走時(shí)，檢測(cè)輸出所 述磁導(dǎo)軌和磁條的磁場(chǎng)信號(hào)；所述工控機(jī)，用于接收所述前排磁傳感器和后排磁傳感器輸 出的所述磁場(chǎng)信號(hào)，根據(jù)所述磁場(chǎng)信號(hào)和預(yù)先存儲(chǔ)的機(jī)器人運(yùn)行路徑信息控制機(jī)器人的行 走狀態(tài)從而導(dǎo)航并定位機(jī)器人運(yùn)行。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)機(jī)器人前進(jìn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，若 所述工控機(jī)接收到所述前排磁傳感器檢測(cè)到的磁條磁場(chǎng)信號(hào)，便控制機(jī)器人減速，直到所 述后排磁傳感器檢測(cè)到磁條磁場(chǎng)信號(hào)，機(jī)器人停止，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到某一 工作路段的磁條處時(shí)，所述工控機(jī)判斷當(dāng)前位置是否是監(jiān)測(cè)點(diǎn)，若是，則機(jī)器人采樣監(jiān)測(cè)點(diǎn) 信息；若否，則控制機(jī)器人運(yùn)行至下一工作路段繼續(xù)工作。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)機(jī)器人運(yùn)行完所有工 作路段后，所述工控機(jī)還根據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)的所述機(jī)器人運(yùn)行路徑信息控制機(jī)器人回到開(kāi)始路 段，機(jī)器人開(kāi)始后退行走，所述前排磁傳感器和后排磁傳感器同時(shí)用于導(dǎo)航機(jī)器人行走確 保機(jī)器人回到起點(diǎn)位置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于，所述工控機(jī)與機(jī)器人的 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電性連接，通過(guò)控制所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器從而控制機(jī)器人的行走狀態(tài)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于，所述機(jī)器人的行走狀態(tài) 包括前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、掉頭或停止。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于，所述磁導(dǎo)軌與機(jī)器人底 盤(pán)上安裝的磁傳感器之間的垂直距離為25-40mm。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)工作路段中相 鄰路段的夾角為〇至360°之間任一角度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于，所述機(jī)器人運(yùn)行路徑信 息包括所述多個(gè)工作路段中每條路段的編號(hào)、相對(duì)上一路段的轉(zhuǎn)彎角度、路徑屬性，和/或 監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息。
10. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于，所述磁條與磁導(dǎo)軌垂直 并呈"十"字形。
【文檔編號(hào)】G01C21/00GK104089616SQ201410373316
【公開(kāi)日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月31日
【發(fā)明者】駱德淵, 彭倍, 劉靜 申請(qǐng)人:四川阿泰因機(jī)器人智能裝備有限公司