一種服務(wù)機器人的行走控制系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種服務(wù)機器人的行走控制系統(tǒng)及控制方法，該系統(tǒng)包括：行走單元、定位單元、站點識別單元以及控制器，其中，行走單元設(shè)置于服務(wù)機器人的底盤的底部；定位單元包括：兩個磁導(dǎo)航傳感器以及磁條軌道，兩個磁導(dǎo)航傳感器分別設(shè)置于底盤的底部的前端和后端；站點識別單元設(shè)置于底盤的底部；控制器與定位單元以及站點識別單元相連。該方法包括：通過兩個磁導(dǎo)航傳感器采集到的底盤前后端偏離磁條軌道的距離來聯(lián)合控制行走單元進行位姿校正，進而控制服務(wù)機器人沿磁條軌道行進；通過站點識別單元控制所述服務(wù)機器人運動到站點卡對應(yīng)的位置。本發(fā)明大大提高了服務(wù)機器人運動的穩(wěn)定性和靈活性，可以適合于餐廳等比較復(fù)雜的環(huán)境。
【專利說明】
一種服務(wù)機器人的行走控制系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及服務(wù)機器人領(lǐng)域，特別涉及一種服務(wù)機器人的行走控制系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前國內(nèi)的移動機器人，在對行走控制方面，如果采用磁條導(dǎo)航的方式進行循跡導(dǎo)航，往往采用一個布置于磁條上方的磁導(dǎo)航傳感器作為導(dǎo)航依據(jù)。這種導(dǎo)航方式常見于工廠里的移動AGV的導(dǎo)航。因為工廠AGV的工作空間很大，對機器人靈活性要求不高，并且對機器人是否采用全方位的移動的方式也無特定需求。對于很基本的單驅(qū)動單磁導(dǎo)航傳感器的循跡方式已基本滿足這種需求。
[0003]但是，如果要將移動機器人技術(shù)逐漸普及到一般行業(yè)，比如家庭，餐廳等等這樣的場合。那么工廠式的移動AGV導(dǎo)航技術(shù)是很難滿足這樣的需求的。因為在這樣的工作環(huán)境中，工作環(huán)境相比于工廠是比較復(fù)雜的，機器人的活動空間也很有限。所以傳統(tǒng)的那種工廠式的粗礦的導(dǎo)航技術(shù)是無法很好的滿足這樣的工作環(huán)境，對機器人的靈活性提出了很高的要求。
[0004]傳統(tǒng)的移動AGV—般是利用一個磁導(dǎo)航傳感器，根據(jù)該傳感器檢測到地面磁條信號來判斷車體偏移軌道距離，從而控制車體自動循跡導(dǎo)航。事實上，這種簡單的循跡控制方法也存在著一定的缺陷，對于稍微復(fù)雜的軌跡路線，此類控制方法是無法對車體的位姿進行及時糾正。沒有實時對車體位姿進行糾正，單靠采集的偏距來控制車體自動導(dǎo)航，顯而易見這樣會使得整臺設(shè)備運動的穩(wěn)定性和靈活性受到限制。所以這種控制方法無法滿足用于餐廳服務(wù)這樣稍微復(fù)雜環(huán)境的移動機器人。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出一種服務(wù)機器人的行走控制系統(tǒng)及控制方法，采用兩個傳感器來控制服務(wù)機器人自動循跡導(dǎo)航，服務(wù)機器人運動的穩(wěn)定性和靈活性更高，可以適合于餐廳等比較復(fù)雜的環(huán)境。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明提供一種服務(wù)機器人的行走控制系統(tǒng)，其包括:行走單元、定位單元、站點識別單元以及控制器，其中，
[0008]所述行走單元設(shè)置于服務(wù)機器人的底盤的底部；
[0009]所述定位單元包括:兩個磁導(dǎo)航傳感器以及磁條軌道，兩個所述磁導(dǎo)航傳感器分別設(shè)置于所述服務(wù)機器人的底盤的底部的前端和后端，所述底盤沿所述磁條軌道運動，位于前端的所述磁導(dǎo)航傳感器用于采集所述底盤的前端偏離所述磁條軌道的距離，位于后端的所述磁導(dǎo)航傳感器用于采集所述底盤的后端偏離所述磁條軌道的距離；
[0010]所述站點識別單元設(shè)置于所述服務(wù)機器人的底盤的底部，用于識別站點卡；
[0011 ]所述控制器與所述定位單元以及所述站點識別單元相連，用于根據(jù)所述定位單元的兩個所述磁導(dǎo)航傳感器采集到的所述底盤偏離所述磁條軌道的距離來聯(lián)合控制所述行走單元進行位姿校正，進而控制所述服務(wù)機器人沿所述磁條軌道行進，還用于根據(jù)所述定位單元控制所述服務(wù)機器人運動到所述站點卡對應(yīng)的位置。
[0012]較佳地，所述行走單元包括四個麥克納姆輪，四個所述麥克納姆輪沿所述底盤的周圍均勻分布，分別位于所述底盤的前端、后端、左端和右端，進一步地，每個所述麥克納姆輪對應(yīng)一個換向器。
[0013]較佳地，位于所述底盤的前端和后端的所述麥克納姆輪用于控制所述服務(wù)機器人的位姿，位于所述底盤的左端和右端的所述麥克納姆輪用于控制所述服務(wù)機器人的速度。
[0014]較佳地，當(dāng)所述磁導(dǎo)航傳感器采集到的所述底盤偏離所述磁條軌道的距離超過預(yù)設(shè)閾值時，所述控制單元才控制所述行走單元進行位姿調(diào)整。
[0015]較佳地，所述控制器包括:
[0016]位姿校正單元，用于根據(jù)所述定位單元對所述服務(wù)機器人進行位姿校正；
[0017]速度控制單元，用于對所述行走單元的速度進行控制，進而控制所述服務(wù)機器人的速度，以及
[0018]站點識別控制單元，用于根據(jù)站點識別單元對服務(wù)機器人的起點和終點進行控制。
[00?9 ]較佳地，所述站點識別單元為RFID傳感器。
[0020]較佳地，所述站點識別單元位于所述底盤的中心位置。
[0021]本發(fā)明還提供一種服務(wù)機器人的行走控制方法，其包括以下步驟:
[0022]Sll:通過設(shè)置在服務(wù)機器人的底盤的底部的前端和后端的兩個磁導(dǎo)航傳感器采集到的所述底盤偏離磁條軌道的距離來聯(lián)合控制所述行走單元進行位姿校正，進而控制所述服務(wù)機器人沿所述磁條軌道行進；
[0023]S12:通過設(shè)置在所述服務(wù)機器人的底盤的底部的站點識別單元控制所述服務(wù)機器人運動到站點卡對應(yīng)的位置。
[0024]較佳地，所述行走單元的底盤的底部設(shè)置有四個麥克納姆輪，四個所述麥克納姆輪沿所述底盤的周圍均勻分布，分別位于所述底盤的前端、后端、左端和右端；
[0025]所述步驟SII具體為:通過設(shè)置在所述服務(wù)機器人的底盤的底部的前端的所述磁導(dǎo)航傳感器采集到的所述底盤的前端偏離所述磁條軌道的距離來控制前端的所述麥克納姆輪運動，通過設(shè)置在所述服務(wù)機器人的底盤的底部的后端的所述磁導(dǎo)航傳感器采集到的所述底盤的后端偏離所述磁條軌道的距離來控制后端的所述麥克納姆輪運動，聯(lián)合控制所述行走單元進行位姿校正，進而控制所述服務(wù)機器人沿所述磁條軌道行進。
[0026]較佳地，當(dāng)所述磁條傳感器采集到的所述底盤偏離所述磁條軌道的距離超過預(yù)設(shè)閾值時，才控制所述行走單元進行位姿校正。
[0027]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0028](I)本發(fā)明提供的服務(wù)機器人的行走控制系統(tǒng)及其控制方法，是通過底盤前后兩個傳感器采集到的信號分別計算底盤前后偏離軌道中心的距離，從而得出的整體車體的位置姿態(tài)，而并不是單一的偏移軌跡中心線的偏距，大大提高了機器人運行的靈活性和穩(wěn)定性；
[0029](2)本發(fā)明設(shè)定了底盤偏離磁條軌道的預(yù)設(shè)閾值，并適當(dāng)擴大了偏離軌道的閾值，使得機器人并不頻繁的調(diào)整位姿，只是在位姿偏距較大的時候才會自動糾正，避免了機器人稍微有點差距就頻繁調(diào)整位姿，這樣進一步提高了整體的穩(wěn)定性，大大提高了機器人的工作效率。
[0030]當(dāng)然，實施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時達到以上所述的所有優(yōu)點。
【附圖說明】
[0031 ]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作進一步說明:
[0032]圖1為本發(fā)明的服務(wù)機器人的行走控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖2為本發(fā)明的服務(wù)機器人的行走控制系統(tǒng)的行走單元的底盤的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖3為本發(fā)明的服務(wù)機器人的行走控制系統(tǒng)的麥克納姆輪的布置示意圖；
[0035]圖4a為本發(fā)明的行走單元的前輪左偏、后輪左偏的示意圖；
[0036]圖4b為本發(fā)明的行走單元的前輪左偏、后輪右偏的示意圖；
[0037]圖4c為本發(fā)明的行走單元的前輪右偏、后輪左偏的示意圖；
[0038]圖4d為本發(fā)明的行走單元的前輪右偏、后輪右偏的示意圖；
[0039]圖4e為本發(fā)明的行走單元的前輪、后輪均無偏的示意圖；
[0040]圖5為本發(fā)明的服務(wù)機器人的行走控制方法的流程圖。
[0041]標號說明:1-行走單元，2-定位單元，3-站點識別單元，4-控制器，5-底盤；
[0042]11-第一麥克納姆輪，12-第二麥克納姆輪，13-第三麥克納姆輪，14-第四麥克納姆輪；
[0043]21-第一磁導(dǎo)航傳感器，22-第二磁導(dǎo)航傳感器。
【具體實施方式】
[0044]下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0045]實施例1:
[0046]結(jié)合圖1-圖4，本實施例對本發(fā)明的服務(wù)機器人的行走控制系統(tǒng)進行詳細描述，如圖1所示為其結(jié)構(gòu)示意圖，其包括:行走單元1、定位單元2、站點識別單元3以及控制器4。如圖2所示為服務(wù)機器人的底盤的結(jié)構(gòu)示意圖，行走單元I設(shè)置于服務(wù)機器人的底盤5的底部，定位單元2包括兩個磁導(dǎo)航傳感器，分別為第一磁導(dǎo)航傳感器21和第二磁導(dǎo)航傳感器22，還包括與磁導(dǎo)航傳感器對應(yīng)的磁條軌道，磁導(dǎo)航傳感器設(shè)置于底盤5的底部，沿著運動方向，第一磁導(dǎo)航傳感器21位于底盤5的前端，用于采集底盤5的前端偏離磁條軌道的距離，并將采集到的距離信號傳輸給控制器，第二磁導(dǎo)航傳感器22位于底盤5的后端，用于采集底盤5的后端偏離磁條軌道的距離，并將采集到的距離信號傳輸給控制器;控制器4與定位單元2的磁導(dǎo)航傳感器相連，還與站點識別單元3相連，可以為無線連接，也可以為有線連接，控制器4用于根據(jù)兩個磁導(dǎo)航傳感器傳輸來的距離信號來聯(lián)合控制行走單元I對服務(wù)機器人進行位姿調(diào)整，使服務(wù)機器人沿磁條軌道行進，還用于根據(jù)站點識別單元3采集到的站點卡信號，使服務(wù)機器人沿磁條軌道運行到站點卡對應(yīng)的位置，完成指定的服務(wù)。
[0047]本實施例中，行走單元I包括四個麥克納姆輪，分別為第一麥克納姆輪11、第二麥克納姆輪12、第三麥克納姆輪13以及第四麥克納姆輪14，四個麥克納姆輪沿底盤5的周圍均勾分布，沿運動方向看，第一麥克納姆輪11位于底盤5的前端，第三麥克納姆輪13位于底盤5的后端，第二麥克納姆輪12以及第四麥克納姆輪14分別位于底盤5的右端和左端，第一麥克納姆輪11和第三麥克納姆輪13用于服務(wù)機器人位姿的調(diào)整，第二麥克納姆輪12和第四麥克納姆輪14用于服務(wù)機器人速度的調(diào)整，這是主要功能，有時也對兩者進行一定的速度差來輔助控制服務(wù)機器人的位姿。如圖3所示為麥克納姆輪的布置示意圖，在實際運行中可能出現(xiàn)的位姿如圖4a_4e所示，4a所示為前輪左偏、后輪左偏的情況，圖4b所示為前輪左偏、后輪右偏的情況；圖4c所示為前輪右偏、后輪左偏的情況；圖4d所示為前輪右偏、后輪右偏的情況；圖4e所示為前輪、后輪均無偏情況，此時不需要進行位姿校正；如果底盤所處的位置類似于圖4b所述，其位置可以根據(jù)第一磁導(dǎo)航傳感器21以及第二磁導(dǎo)航傳感器22得出，此時前輪左偏、后輪右偏，控制器分析出結(jié)果后，基于此結(jié)果給電機發(fā)送控制信息，使其前輪的電機轉(zhuǎn)動使之右移靠近磁條軌道，后輪的電機轉(zhuǎn)動使之左移靠近磁條軌道，這樣服務(wù)機器人的位置可實時糾正到磁條軌道的中心。通過前后兩個磁導(dǎo)航傳感器的信號來聯(lián)合控制行走單元進行位姿調(diào)整，使服務(wù)機器人循跡更準確，設(shè)備穩(wěn)定性和靈活性更高，可以適用于餐廳等比較復(fù)雜的環(huán)境。
[0048]本實施例中，站點識別單元3采用RFID傳感器，其設(shè)置于底盤5的中心位置，在餐廳中，其實際就是對餐桌的識別，每個餐桌對應(yīng)不同的站點卡，RFID傳感器通過采集站點卡信號，將站點卡信號發(fā)送到控制器4，控制器4將采集到的站點卡信號與系統(tǒng)中的站點進行不斷的對比匹配。如果沒有采集到任何站點卡信號就說明還未到達指定地點，機器人將繼續(xù)按照磁條軌道正常行走;假如站點識別單元采集到站點卡信號，但是該信號與輸入的餐桌號并不相符，那么系統(tǒng)將忽略采集到的這個信號，不執(zhí)行停止動作，仍然處于正常的循跡運動模式；當(dāng)站點識別單元采集到站點卡信號，且該信號與輸入的餐桌號相符，那么控制器4就控制行走單元I停止運動，使服務(wù)機器人停在指定的位置，進行后續(xù)的服務(wù)。
[0049]較佳實施例中，為了使得服務(wù)機器人滿足一定的穩(wěn)定性，使服務(wù)機器人在運行過程中并不頻繁的糾正位姿，如果服務(wù)機器人在運行過程中稍微有點偏離軌道就來糾正位姿，實際運行中出現(xiàn)的結(jié)果就是服務(wù)機器人運行十分不穩(wěn)定，搖擺的非常厲害。本實施例中，設(shè)定一個預(yù)設(shè)閾值，只有偏離超過該預(yù)設(shè)閾值時，控制器4才對底盤進行位姿調(diào)整，稍微產(chǎn)生一點偏距時，系統(tǒng)仍然認為沒有偏距，通過擴大預(yù)設(shè)閾值，大大提高了服務(wù)機器人的穩(wěn)定性。較佳地，該預(yù)設(shè)閾值為15mm，也就是說在前后底盤偏離磁條軌道15mm以內(nèi)，我們在設(shè)計程序時都認為底盤處在磁條軌道的中間，無位姿偏移，即無須做出糾正位姿的動作；只有前后車身偏離軌道中心超過15mm時，我們在程序中才認為底盤產(chǎn)生偏距了，這時候才開始做底盤的位姿糾正動作，經(jīng)過實驗驗證，采用這個界限數(shù)值時，服務(wù)機器人的底盤在進行運動時，無論直道還是彎道，整個服務(wù)機器人運行相對比較穩(wěn)定。
[0050]實施例2:
[0051]結(jié)合圖5，本實施例對本發(fā)明的服務(wù)機器人的行走控制方法進行詳細描述，其流程圖如圖5所示，包括以下步驟:
[0052]Sll:通過設(shè)置在服務(wù)機器人的底盤的底部的前端和后端的兩個磁導(dǎo)航傳感器采集到的底盤偏離磁條軌道的距離來聯(lián)合控制行走單元進行位姿校正，進而控制服務(wù)機器人沿磁條軌道行進；
[0053]S12:通過設(shè)置在服務(wù)機器人的底盤的底部的站點識別單元控制服務(wù)機器人運動到站點卡對應(yīng)的位置。
[0054]本實施例中，步驟Sll具體為:通過設(shè)置在服務(wù)機器人的底盤的底部的前端的磁導(dǎo)航傳感器采集到的底盤的前端偏離磁條軌道的距離來控制前端的麥克納姆輪運動，通過設(shè)置在服務(wù)機器人的底盤的底部的后端的磁導(dǎo)航傳感器采集到的底盤的后端偏離磁條軌道的距離來控制后端的麥克納姆輪運動，聯(lián)合控制行走單元進行位姿校正，進而控制服務(wù)機器人沿磁條軌道行進。并且，當(dāng)磁條傳感器采集到的底盤偏離磁條軌道的距離超過預(yù)設(shè)閾值時，才控制行走單元進行位姿校正，大大提高了服務(wù)機器人的穩(wěn)定性。
[0055]此處公開的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本說明書選取并具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實際應(yīng)用，并不是對本發(fā)明的限定。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在說明書范圍內(nèi)所做的修改和變化，均應(yīng)落在本發(fā)明所保護的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種服務(wù)機器人的行走控制系統(tǒng)，其特征在于，包括:行走單元、定位單元、站點識別單元以及控制器，其中， 所述行走單元設(shè)置于服務(wù)機器人的底盤的底部； 所述定位單元包括:兩個磁導(dǎo)航傳感器以及磁條軌道，兩個所述磁導(dǎo)航傳感器分別設(shè)置于所述服務(wù)機器人的底盤的底部的前端和后端，所述底盤沿所述磁條軌道運動，位于前端的所述磁導(dǎo)航傳感器用于采集所述底盤的前端偏離所述磁條軌道的距離，位于后端的所述磁導(dǎo)航傳感器用于采集所述底盤的后端偏離所述磁條軌道的距離； 所述站點識別單元設(shè)置于所述服務(wù)機器人的底盤的底部，用于識別站點卡； 所述控制器與所述定位單元以及所述站點識別單元相連，用于根據(jù)所述定位單元的兩個所述磁導(dǎo)航傳感器采集到的所述底盤偏離所述磁條軌道的距離來聯(lián)合控制所述行走單元進行位姿校正，進而控制所述服務(wù)機器人沿所述磁條軌道行進，還用于根據(jù)所述定位單元控制所述服務(wù)機器人運動到所述站點卡對應(yīng)的位置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的服務(wù)機器人的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述行走單元包括四個麥克納姆輪，四個所述麥克納姆輪沿所述底盤的周圍均勻分布，分別位于所述底盤的前端、后端、左端和右端，進一步地， 每個所述麥克納姆輪對應(yīng)一個換向器。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的服務(wù)機器人的控制系統(tǒng)，其特征在于，位于所述底盤的前端和后端的所述麥克納姆輪用于控制所述服務(wù)機器人的位姿，位于所述底盤的左端和右端的所述麥克納姆輪用于控制所述服務(wù)機器人的速度。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的服務(wù)機器人的控制系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述磁導(dǎo)航傳感器采集到的所述底盤偏離所述磁條軌道的距離超過預(yù)設(shè)閾值時，所述控制單元才控制所述行走單元進行位姿調(diào)整。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的服務(wù)機器人的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器包括: 位姿校正單元，用于根據(jù)所述定位單元對所述服務(wù)機器人進行位姿校正； 速度控制單元，用于對所述行走單元的速度進行控制，進而控制所述服務(wù)機器人的速度，以及 站點識別控制單元，用于根據(jù)站點識別單元對服務(wù)機器人的起點和終點進行控制。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的服務(wù)機器人的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述站點識別單元為RFID傳感器。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的服務(wù)機器人的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述站點識別單元位于所述底盤的中心位置。8.一種服務(wù)機器人的行走控制方法，其特征在于，包括以下步驟: SI 1:通過設(shè)置在服務(wù)機器人的底盤的底部的前端和后端的兩個磁導(dǎo)航傳感器采集到的所述底盤偏離磁條軌道的距離來聯(lián)合控制所述行走單元進行位姿校正，進而控制所述服務(wù)機器人沿所述磁條軌道行進； S12:通過設(shè)置在所述服務(wù)機器人的底盤的底部的站點識別單元控制所述服務(wù)機器人運動到站點卡對應(yīng)的位置。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的行走控制方法，其特征在于，所述行走單元的底盤的底部設(shè)置有四個麥克納姆輪，四個所述麥克納姆輪沿所述底盤的周圍均勻分布，分別位于所述底盤的如端、后端、左端和右端； 所述步驟SI I具體為:通過設(shè)置在所述服務(wù)機器人的底盤的底部的前端的所述磁導(dǎo)航傳感器采集到的所述底盤的前端偏離所述磁條軌道的距離來控制前端的所述麥克納姆輪運動，通過設(shè)置在所述服務(wù)機器人的底盤的底部的后端的所述磁導(dǎo)航傳感器采集到的所述底盤的后端偏離所述磁條軌道的距離來控制后端的所述麥克納姆輪運動，聯(lián)合控制所述行走單元進行位姿校正，進而控制所述服務(wù)機器人沿所述磁條軌道行進。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的行走控制方法，其特征在于，所述步驟SI I中，當(dāng)所述磁條傳感器采集到的所述底盤偏離所述磁條軌道的距離超過預(yù)設(shè)閾值時，才控制所述行走單元進行位姿校正。
【文檔編號】G05D1/02GK105867375SQ201610223473
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月12日
【發(fā)明人】荊學(xué)東, 汪澤濤, 黃韡霖
【申請人】上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院